JAJA758 アプリケーション・ノート

JAJA758 October 2022 LM5123-Q1

2.11 MOSFET の選択

パワー MOSFET の選択は、DC/DC コントローラの性能に大きな影響を及ぼします。MOSFET のオン抵抗 R_DSon が低ければ、導通損失が低減されます。また、寄生容量が低く、ゲート電荷パラメータが小さければ、スイッチング損失が低減されます。通常、R_DSon とゲート電荷は反比例します。比較的高いスイッチング周波数の場合、 MOSFET のスイッチング損失が支配的になります。スイッチング周波数が比較的低い場合、導通損失が支配的になります。

LM5123 に対する MOSFET の選択に影響する主なパラメータは次のとおりです。

R_DS(on) (V_GS = 5V のとき)
ドレイン-ソース間電圧定格 BV_DSS は、負荷電圧範囲によって異なります。
V_GS = 5V におけるゲート電荷パラメータ
ハイサイド MOSFET のボディ・ダイオードの逆回復電荷 Q_RR

表 2-2 に、 MOSFET 関連の電力損失をまとめます。インダクタ・リップルの影響を考慮していますが、スイッチ・ノードのリンギングや寄生インダクタンスなどの 2 次的な影響はモデル化していません。

表 2-2 昇圧レギュレータ MOSFET の電力損失

	ローサイド MOSFET	ハイサイド MOSFET
MOSFET の導通	$P_{C O N D l s} = D ∙ (\frac{{I_{L O A D}}^{2}}{{(1 - D)}^{2}} + \frac{{Δ I}_{L}^{2}}{12}) ∙ R_{D S (o n) l s}$	$P_{C O N D h s} = (1 - D) ∙ (\frac{{I_{L O A D}}^{2}}{{(1 - D)}^{2}} + \frac{{Δ I}_{L}^{2}}{12}) ∙ R_{D S (o n) h s}$
MOSFET のスイッチング ⁽²⁾	$P_{S W l s} = \frac{V_{L O A D} ∙ f_{s w}}{2} [(I_{S U P P L Y} + \frac{{Δ I}_{L}}{2}) ∙ t_{r i s e} + (I_{S U P P L Y} - \frac{{Δ I}_{L}}{2}) ∙ t_{f a l l}]$	無視できる範囲
ボディ・ダイオード導通	該当なし	$P_{C O N D d h s} = \frac{V_{L O A D} ∙ f_{s w}}{2} [(I_{S U P P L Y} + \frac{{Δ I}_{L}}{2}) ∙ t_{d 1} + (I_{S U P P L Y} - \frac{{Δ I}_{L}}{2}) ∙ t_{d 2}]$
ボディ・ダイオード逆回復損失^⁽¹⁾	該当なし	${P_{R R h s} = V}_{L O A D} ∙ f_{S W} ∙ Q_{R R h s}$
ゲート・ドライブ損失	$P_{G A T E l s} = V_{C C} ∙ f_{S W} ∙ Q_{G l s}$	$P_{G A T E h s} = V_{C C} ∙ f_{S W} ∙ Q_{G h s}$

(1) MOSFET ボディ・ダイオードの逆回復電荷 (Q_RR) は、さまざまなパラメータ、たとえば順方向電流、電流遷移速度に依存します。

(2) t_RISE および t_FALL は、スイッチ・ノードの立ち上がりおよび立ち下がり時間です。これらの値は、スイッチ・ノードの全容量など、多くのパラメータに依存します。スイッチ・ノードのレイアウトは、これらの値に影響を及ぼします。