JAJA905 June   2025 BQ25756

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   商標
  4. 1はじめに
  5. 2降圧と昇圧の各充電器での MOSFET の電力損失
    1. 2.1 降圧モードの損失
    2. 2.2 昇圧モードの損失
    3. 2.3 FET 損失の考えをまとめます
  6. 3ザイン カリキュレータ を使用した MOSFET の評価
    1. 3.1 デザイン カリキュレータ パラメータと MOSFET データ シートのパラメータの関連付け
    2. 3.2 設計カリキュレータ MOSFET の比較例
  7. 4BOM 評価
  8. 5まとめ
  9. 6参考資料

降圧モードの損失

降圧モードでは上側の FET は同期FET、下側の FET は非同期FETです。上側の FET の電力損失は、スイッチング損失と導通損失に分割でき、式 24で表されます。

式 1. Ptop=Pcon_top+Psw_top

MOSFET が静的にオンであることで、導通損失が発生します。

式 2. Pcon_top=D×IL_RMS2×RDS(on)_top
式 3. IL_RMS2=IL_DC2+Iripple212

スイッチング損失の原因は、FET のターンオンとターンオフ中の電流と電圧のオーバーラップ、寄生ゲート容量、FET に流入するゲート駆動損失です。

式 4. Psw_top=PIV_top+PQoss_top+Pgate_top

ここで、PIV_top は電流と電圧のオーバーラップによる MOSFET の上側損失、PQoss_top は MOSFET の寄生出力容量による損失、Pgate_top はゲート駆動損失です。PIV_top は、次の式で与えられます。

式 5. PIV_top=0.5VIN×Ivalley×ton×fsw+0.5VIN×Ipeak×toff×fsw
式 6. Ivalley=IL_DC-0.5Iripple
式 7. Ipeak=IL_DC+0.5Iripple

ここで、IL_DC は DC インダクタ電流、Iripple はインダクタのピーク ツー ピーク リップル電流です。MOSFET のオンおよびオフ時間 ton および toff は以下の式で定義されます。

式 8. ton=Qsw_topIon
式 9. toff=Qsw_topIoff

ここで、Qsw_top は上側 FET のスイッチング電荷であり、式 10を使用して近似できます。

式 10. Qsw_top=QGD_top+QGS_top

および Ion と Ioff は以下の式で定義されます。

式 11. Ion=VDRV_SUP-VpltRon
式 12. Ioff=VpltRoff

ここで、Vplt はミラー プラトー電圧、VDRV_SUP は MOSFET のゲート駆動電圧、Ron は総ターンオン ゲート抵抗、Roff ゲート駆動の総ターンオフ ゲート抵抗です。合計損失計算の次の項 PQoss_top は、式 13で計算できます。

式 13. PQoss_top=0.5VIN×Qoss_total×fsw

ここで、Qoss_total は寄生出力の総電荷量です。

式 14. Qoss_total=Qgd_top+Qds_top+Qgd_bot+Qds_bot

損失式の最後の項は、式 15で計算できます。

式 15. Pgate_top=VIN×Qgate_top×fsw

ここで、Qgate_top 上側の MOSFET のゲート電荷、VIN は入力電圧であり、MOSFET のゲート駆動電圧ではありません。これには、充電コントローラの内部 LDO により生成される損失を含めるためです。外部ゲート駆動電圧が供給される場合、LDO の損失を回避するため、式 16は、代わりに使用できます。

式 16. Pgate_top=VDRV_SUP×Qgate_top×fsw

下側 MOSFET の損失は、導通損失とスイッチング損失で構成されます。

式 17. Pbottom=Pcon_bottom+Psw_bottom

導通損失は、式 18で上側の FET と同様の降圧モードでの損失を定義できます。

式 18. Pcon_bottom=(1-D)×IL_RMS2×RDS_ON_bottom

ここで、D はデューティ サイクル、IL_RMS はインダクタを流れる RMS 電流です。導通損失を最小限に抑えるには、RDS_ON を小さくする必要があります。損失計算の次および最終項、スイッチング損失は式 28で計算できます。

式 19. Psw_bottom=PRR_bottom+Pdead_bottom+Pgate_bottom

PRR_bottom 項は MOSFET の逆方向回復電荷による損失であり、Pdead_bottom はデッド タイム中のボディ ダイオードの導通損失による損失、Pgate_bottom はゲート駆動損失です。各項は、次の式で導くことができます。

式 20. PRR_bottom=VIN×Qrr×fsw
式 21. Pdead_bottom=VSD×Ivalley×fsw×tdead_rise+VSD×Ipeak×fsw×tdead_fall
式 22. Pgate_bottom=VIN×Qgate_bottom×fsw

Qgate_bottom は下側 MOSFET のゲート電荷、VSD はボディ ダイオードの順方向電圧、VIN は MOSFET のゲート駆動電圧ではなく入力電圧です。これには、本デバイスの内部 LDO により生成される損失が含まれます。外部ゲート ドライブ電圧が供給される場合は、式 23は、代わりにを使用できます。

式 23. Pgate_bottom=VDRV_SUP×Qgate_bottom×fsw