ZHCADT1 February   2024 MSPM0L1306

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言
    1. 1.1 系统说明
    2. 1.2 设计 1：50kHz 高效率设计
    3. 1.3 设计 2：250kHz 空间优化型设计
    4. 1.4 设计 3：具有灵活开关频率的 MCU 驱动型设计
      1. 1.4.1 MOSFET 选型
      2. 1.4.2 效率测试
        1. 1.4.2.1 PWM (Ipwm) 电流消耗测试
        2. 1.4.2.2 效率测试设置
        3. 1.4.2.3 50kHz 开关频率下的效率测试结果
        4. 1.4.2.4 250kHz 开关频率下的效率测试结果
  5. 2设计文件
    1. 2.1 原理图
    2. 2.2 物料清单
  6. 3总结
  7. 4参考资料

1.4.1 MOSFET 选型

为了确保图 2-11 中的半桥电路在安全范围内运行、保持效率并延长电路的寿命，选择合适的 MOSFET 需要考虑以下因素：

  1. 电压额定值：MOSFET 的漏源电压额定值 (V_DS) 必须超过电路的最大输入电压 (3.6V)，以便在出现电压尖峰时不会发生击穿。
  2. R_DS (on) 阻值：为了降低传导损耗，最好选择较低的导通电阻 (R_DS (on))，这样可以提高效率并尽可能减少发热。
  3. 栅极电荷：较少的栅极电荷 (Qg) 可实现更快的开关速度和更低的开关损耗，这对于高开关频率运行至关重要。

除了上述特性外，还要务必考虑阈值电压 (VGS_th)、开关速度和封装。为了实现更紧凑的设计，这里对具有超小型封装布局的各种 MOSFET 进行了比较，详见表 1-2（针对 N-MOSFET）和表 1-3（针对 P-MOSFET）。

表 1-2 超小型封装布局 N 沟道 FemtoFET™ MOSFET 的比较
CSD13380F3 CSD13383F4 CSD13385F5 CSD15380F3 CSD17381F4
V_DS (V) 12 12 12 20 30

R_DS (on) (mΩ)

(VGS = 2.5V)

 73 53 18 2220 110
Qg（典型值）(nC) 0.91 2.0 3.9 0.216 1.04
VGS_th（典型值）(V) 0.85 1.0 0.8 1.1 0.85
表 1-3 超小型封装布局 P 沟道 FemtoFET™ MOSFET 的比较
CSD23280F3 CSD23382F4 CSD23285F5 CSD25480F3 CSD25481F4
V_DS (V) –12 –12 –12 -20 -20

R_DS (on) (mΩ)

(VGS = -2.5V)

 129 90 38 203 145
Qg（典型值）(nC) 0.95 1.04 3.2 0.7 0.913
VGS_th（典型值）(V) –0.65 -0.8 –0.65 -0.95 -0.95

比较了表中的规格后，N 沟道 MOSFET 选用 CSD13380F3，P 沟道 MOSFET 选用 CSD23382F4。依据是它们具有更低的导通电阻 (R_DS(on))，而且开关所需的电荷 (Qg) 更少，因此功耗更低、开关速度更快。此外，这两款器件的阈值电压 (V_GS(th)) 非常相似，可确保实现平衡的开关，并降低转换期间发生短路的风险，总体而言，能提高电路运行效率。这些特性使其非常合适用于空间受限的高频应用。