高边和低边MOSFET（或低边续流二极管）该如何选型？

5.7.1 功率MOSFET的选型

本节要讨论的问题是，非同步或同步降压型开关控制器电源电路中，高边和低边MOSFET（或低边续流二极管）该如何选型？

参考“2.2 什么是非同步（异步）整流和同步整流？”章节内容可知，非同步或同步降压电路中使用的功率开关元件，除了少数器件使用三极管和P-MOSFET外，多数都使用N-MOSFET。功率MOSFET重要的五个参数是，击穿电压VBR(DSS)（漏极-源极之间的耐压）、最大漏极-源极电流IDS(MAX)或连续漏极电流ID、导通电阻RDS(ON)、阈值电压VGS(TH)和反向传输电容CRSS。

当功率MOSFET应用在降压电路时，其参数需要满足以下条件：

1、击穿电压值VBR(DSS)：必须大于最大输入电压VIN(MAX)，而且留出一定的裕量来应对因寄生电感等导致的输入电压尖峰，通常可取功率MOSFET耐压值为最大输入电压VIN(MAX)的1.3 – 1.5倍。

2、连续漏极电流ID：（在CCM模式下）高边开关管MOSFET的过流能力IDS(MAX)至少需要大于等于其上平均电流D*Iout（公式(3.232)）或有效电流 √(D×(I_OUT^2+(∆I_L^2)/12) ) （公式(3.236)）；低边开关管MOSFET的过流能力至少需要大于等于其上平均电流(1-D)*Iout（公式(3.239)）或 √((1-D)×(I_OUT^2+(∆I_L^2)/12) ) （公式(3.240)）。更加严格的高边和低边开关管MOSFET过流能力选择，可以选择大于等于电感上的峰值电流（Iout+(1/2)*ΔIL）。上述参数的具体推导过程，参考“3.3 降压电路中的电流参数”章节内容。

3、导通电阻RDS(ON)：参考“3.9.4.1 导通损耗”章节内容可知，降压电路在CCM模式下高边和低边开关管MOSFET的导通损耗计算公式分别为

P_(SW-H,COND,AVG,TSW) = I_OUT^2 × R_(DS(ON)-H) × D

P_(SW-L,COND,AVG,TSW) = I_OU^2 × R_(DS(ON)-L) × (1-D)

可见，为了实现更高的转换效率，高边和低边开关管MOSFET导通电阻RDS(ON)参数越小越好。

所以，为了实现目标转换效率（通常，目标转换效率是“设计需求”中需要明确的参数之一），在要求总损耗功率为定值，进而分配的导通损耗为定值的情况下，高边和低边开关管MOSFET导通电阻RDS(ON)可取的最大值分别如下：

这就是在BUCK电路设计中进行功率MOSFET选型时其导通电阻RDS(ON)这个参数的选择依据。

这里还有需要进一步明确的问题是，在明确了目标转换效率或总损耗功率的情况下，分配给高边和低边MOSFET导通损耗的占比为多少呢？

参考“3.4.8 非同步与同步降压电路的功率损耗计算案例”章节，非同步降压电路中高边MOSFET导通损耗占比为16.21%，同步降压电路中高边和低边MOSFET导通损耗占比为40.71%。由此可见：在非同步降压电路中，我们可以将大约20%的总损耗分配给高边MOSFET导通损耗；在同步降压电路中，我们可以将大约40% D的总损耗分配给高边MOSFET导通损耗，将40% (1-D)的总损耗分配给低边MOSFET导通损耗（因为高边MOSFET、低边MOSFET具体的导通损耗值大小是与降压电路实际工作的占空比D有关的）。

当然，我们需要知道的是，这里提出的MOSFET导通损耗占比分配方法（即非同步降压电路中高边MOSFET导通损耗占总损耗的20%，同步降压电路中高边和低边MOSFET导通损耗占总损耗的40%），是基于已知的计算案例占比16.21%和40.71%倒推的，原因是在电路设计完毕之前，我们无法知道MOSFET导通损耗占总损耗的比例，那就无法知道具体的MOSFET导通损耗是多少，也就无法知道可取的MOSFET导通电阻RDS(ON)最大值是多少。

参考“3.3.3.2 纹波电流实际值”章节，我们通过基于“电感伏秒平衡”推导出了纹波电流公式(3.191)（ ∆I_L = (V_OUT / V_IN) × (V_IN - V_OUT) / (L_BUCK × F_SW) ），而我们的功率电感取值公式(3.291)（ L_BUCK = (V_OUT/V_IN) × (V_IN - V_OUT) / (∆I_L × F_SW) ）本质上也是基于“电感伏秒平衡”推导出来的，所以这里容易知道，在输入电压 V_IN 、输出电压 V_OUT 和开关频率 F_SW 不变的情况下，纹波电流 ∆I_L 与电感值 L_BUCK 的乘积为 ∆I_L×L_BUCK = (V_OUT/V_IN) × (V_IN - V_OUT) / F_SW ，就是常数，如果不能先明确纹波电流的大小，就无法得到所需的电感值是多少。所以，我们需要先确定一个纹波电流系数r，从而得到纹波电流理论值 r×I_OUT ，从而得到可取的电感值，这里的纹波电流系数r就是解决问题的切入点。

所以，类似地，我们需要“预分配一定比例”的总损耗给MOSFET导通损耗，然后得到可取的MOSFET导通电阻RDS(ON)最大值，然后选择合适的MOSFET。这个“预分配一定比例”值，就是解决问题的切入点，与选择纹波电流系数r的意义相似。

另外，在电路设计完毕之后测试转换效率，如果转换效率超过目标值（也就意味着总损耗超过目标值），那就需要对总损耗再次分解，再次通过降低各寄生参数的方法选择元器件，只要迭代次数足够，我们设计出的电路总能收敛于“目标转换效率”。

总结：

功率MOSFET应用在降压电路时，可以通过本文提出的对应方法来确定击穿电压值VBR(DSS)或漏源电压VDS、连续漏极电流ID和导通电阻RDS(ON)这三个参数。至于栅极总电荷量Qg(Total Gate Charge)、上升时间tr、下降时间tf、输入电容Ciss、输出电容Coss、反向传输电容Crss等参数，初学者暂时可以不关心。