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ZHCSQZ7 July 2025 LM25139-Q1

PRODUCTION DATA

封裝選項(xiàng)

7.1.1.4 功率 MOSFET

功率 MOSFET 的選擇對(duì)直流/直流穩(wěn)壓器性能有很大影響。具有低導(dǎo)通電阻 R_DS(on) 的 MOSFET 可以減少導(dǎo)通損耗，而低寄生電容則可以縮短轉(zhuǎn)換時(shí)間和降低開關(guān)損耗。通常，MOSFET 的 R_DS(on) 越小，柵極電荷和輸出電荷（分別為 Q_G 和 Q_OSS）就越大，反之亦然。因此，R_DS(on) 和 Q_G 的乘積通常指定為 MOSFET 品質(zhì)因數(shù)。給定封裝的低熱阻確保 MOSFET 功率損耗不會(huì)導(dǎo)致 MOSFET 芯片溫度過(guò)高。

在 LM25139-Q1 應(yīng)用中，影響功率 MOSFET 選擇的主要參數(shù)如下：

V_GS=5V 時(shí)的 R_DS(on)
漏極到源極電壓額定值 BV_DSS 通常為 40V 或 60V，具體取決于最大輸入電壓
V_GS = 5V 時(shí)的柵極電荷參數(shù)
相關(guān)輸入電壓下的輸出電荷 Q_OSS
體二極管反向恢復(fù)電荷 Q_RR
柵極閾值電壓 V_GS(th)，從 MOSFET 數(shù)據(jù)表內(nèi) Q_G 與 V_GS 之間的關(guān)系圖中的米勒平坦區(qū)域得出。由于米勒平臺(tái)電壓通常位于 2V 至 3V 范圍內(nèi)，LM25139-Q1 的 5V 柵極驅(qū)動(dòng)幅度可以在導(dǎo)通時(shí)提供足夠增強(qiáng)的 MOSFET，并在關(guān)斷時(shí)針對(duì) Cdv/dt 擊穿提供裕度。

表 7-1 中所示的公式總結(jié)了一個(gè)通道的 MOSFET 相關(guān)功率損耗，其中后綴 1 和 2 分別表示高側(cè)和低側(cè) MOSFET 參數(shù)。雖然這里考慮了電感器紋波電流帶來(lái)的影響，但卻不包括與寄生電感和 SW 節(jié)點(diǎn)振鈴相關(guān)的損耗等二階損耗模式。

表 7-1 MOSFET 功率損耗

功率損耗模式	高側(cè) MOSFET	低側(cè) MOSFET
MOSFET 導(dǎo)通⁽²⁾⁽³⁾	$P_{c o n d 1} = D \times (I_{O U T}^{2} + \frac{{? I}_{L}^{2}}{12}) \times R_{D S (o n) 1}$	$P_{c o n d 2} = D^{'} \times (I_{O U T}^{2} + \frac{{? I}_{L}^{2}}{12}) \times R_{D S (o n) 2}$
MOSFET 開關(guān)	$P_{s w 1} = \frac{V_{I N} \times F_{S W}}{2} \times [(I_{O U T} - \frac{{? I}_{L}}{2}) \times t_{R} + (I_{O U T} + \frac{{? I}_{L}}{2}) \times t_{F}]$	可忽略
MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)⁽¹⁾	$P_{G a t e 1} = V_{C C} \times F_{S W} \times Q_{G 1}$	$P_{G a t e 2} = V_{C C} \times F_{S W} \times Q_{G 2}$
MOSFET 輸出電荷⁽⁴⁾	$P_{C o s s} = F_{S W} \times (V_{I N} \times Q_{o s s 2} + E_{o s s 1} - E_{o s s 2})$
體二極管導(dǎo)通	不適用	$P_{{c o n d}_{B D}} = V_{F} \times F_{S W} \times [(I_{O U T} + \frac{{? I}_{L}}{2}) \times t_{d t 1} + (I_{O U T} - \frac{{? I}_{L}}{2}) \times t_{d t 2}]$
體二極管反向恢復(fù)⁽⁵⁾	$P_{R R} = V_{I N} \times F_{S W} \times Q_{R R 2}$

(1) 柵極驅(qū)動(dòng)損耗會(huì)根據(jù) MOSFET 的內(nèi)部柵極電阻、外部添加的串聯(lián)柵極電阻以及 LM25139-Q1 的相關(guān)驅(qū)動(dòng)器電阻進(jìn)行分?jǐn)偂?/div>

(2) MOSFET R_DS(on) 具有約 4500ppm/°C 的正溫度系數(shù)。MOSFET 結(jié)溫 T_J 及其隨環(huán)境溫度的上升情況取決于器件的總功率損耗和熱阻。在最小輸入電壓下或接近的電壓下工作時(shí)，確保 MOSFET R_DS(on) 可以提供可用的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。

(3) D' = 1–D 為占空比補(bǔ)碼。

(4) MOSFET 輸出電容 C_oss1 和 C_oss2 與電壓之間的關(guān)系呈現(xiàn)高度非線性特征。這些電容都能在 MOSFET 關(guān)斷時(shí)通過(guò)電感器電流進(jìn)行無(wú)損充電。不過(guò)，在導(dǎo)通期間，來(lái)自輸入的電流為低側(cè) MOSFET 的輸出電容充電。E_oss1（即 C_oss1 的能量）會(huì)在導(dǎo)通時(shí)消耗，但這會(huì)被 C_oss2 上儲(chǔ)存的能量 E_oss2 抵消。

(5) MOSFET 體二極管反向恢復(fù)電荷 Q_RR 取決于很多參數(shù)，尤其是正向電流、電流轉(zhuǎn)換速度以及溫度。

高側(cè)（控制）MOSFET 在 PWM 導(dǎo)通時(shí)間（或 D 間隔）期間承載電感器電流，通常會(huì)導(dǎo)致大部分的開關(guān)損耗。所以，選擇能夠平衡導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗的高側(cè) MOSFET 至關(guān)重要。高側(cè) MOSFET 的總功率損耗等于以下幾項(xiàng)損耗之和：導(dǎo)通損耗、開關(guān)（電壓與電流重疊）損耗、輸出電荷損耗，以及通常情況下體二極管反向恢復(fù)所導(dǎo)致的凈損耗的三分之二。

當(dāng)高側(cè) MOSFET 關(guān)斷時(shí)（或在 1–D 間隔期間），低側(cè)（同步）MOSFET 承載電感器電流。低側(cè) MOSFET 開關(guān)損耗可以忽略不計(jì)，因?yàn)樗诹汶妷禾庍M(jìn)行切換。在轉(zhuǎn)換死區(qū)時(shí)間期間，電流僅進(jìn)行換向（從通道到體二極管），反之亦然。當(dāng)兩個(gè) MOSFET 都關(guān)斷時(shí)，LM25139-Q1 及其自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序會(huì)更大限度地減少體二極管導(dǎo)通損耗。此類損耗與開關(guān)頻率直接成正比。

在高降壓比應(yīng)用中，低側(cè) MOSFET 會(huì)在開關(guān)周期的大多數(shù)時(shí)候承載電流。因此，若要獲得高效率，必須針對(duì) R_DS(on) 優(yōu)化低側(cè) MOSFET。如果導(dǎo)通損耗過(guò)大或目標(biāo) R_DS(on) 低于單個(gè) MOSFET 中的可用電阻，請(qǐng)并聯(lián)兩個(gè)低側(cè) MOSFET。低側(cè) MOSFET 的總功率損耗等于以下幾項(xiàng)損耗之和：通道導(dǎo)通損耗、體二極管導(dǎo)通損耗，以及通常情況下體二極管反向恢復(fù)所導(dǎo)致的凈損耗的三分之一。LM25139-Q1 經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，非常適合用于驅(qū)動(dòng) TI 的NexFET? 功率 MOSFET 產(chǎn)品系列。

封裝選項(xiàng)

機(jī)械數(shù)據(jù) (封裝 | 引腳)

散熱焊盤機(jī)械數(shù)據(jù) (封裝 | 引腳)

訂購(gòu)信息

7.1.1.4 功率 MOSFET