場效應(yīng)管(MOSFET)如何選型呢？

一、MOSFET簡介

場效應(yīng)管(MOSFET)也叫場效應(yīng)晶體管，是一種單極型的電壓控制器件，不但有自關(guān)斷能力，而且具備輸入電阻高、噪聲小、功耗低、驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度高、無二次擊穿、安全工作區(qū)寬等特點(diǎn)，MOSFET在組合邏輯電路、放大器、電源管理、測(cè)量儀器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

MOSFET按導(dǎo)電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道，同時(shí)又有耗盡型和增強(qiáng)型之分，目前市場主要應(yīng)用 N 溝道增強(qiáng)型。

MOSFET經(jīng)歷了3次器件結(jié)構(gòu)上的技術(shù)革新：溝槽型、超級(jí)結(jié)、屏蔽柵。

每一次器件結(jié)構(gòu)的進(jìn)化，在某些單項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)上產(chǎn)品性能得到質(zhì)的飛躍，大幅拓寬產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。

（1）平面型功率MOSFET： 誕生于1970s，具備易于驅(qū)動(dòng)，工作效率高的優(yōu)點(diǎn)，但芯片面積相對(duì)較大，損耗較高。

（2）溝槽型功率MOSFET： 誕生于1980s，易于驅(qū)動(dòng)，工作效率高，熱穩(wěn)定性好，損耗低，但耐壓低。

（3）超結(jié)功率MOSFET： 誕生于1990s，易于驅(qū)動(dòng)，頻率超高、損耗極低，最新一代功率器件。

（4）屏蔽柵功率MOSFET： 誕生于2000s，打破了硅材料極限，大幅降低了器件的導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗。

MOSFET可廣泛應(yīng)用在電源、網(wǎng)通、通信、安防、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備、照明、HID電子鎮(zhèn)流器、隔離器、充電器、消費(fèi)電子、電腦及周邊等電子產(chǎn)品和應(yīng)用領(lǐng)域。拓墣產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布了一份關(guān)于MOSFET市場的研究，認(rèn)為隨著市場需求的提升，2022年整體MOSFET市場規(guī)模首度達(dá)到100億美元。

二、MOSFET主要參數(shù)和選型

MOSFET的主要參數(shù)有Id（最大漏源電流）、Idm（最大脈沖漏源電流）、Vgs（最大柵源電壓）、V（BR）DSS（漏源擊穿電壓）、Rds(on)（導(dǎo)通電阻） 、Vth（閾值電壓）等。

在做器件選型時(shí)，主要從以下幾個(gè)方面考慮：

1、是N-MOS還是P-MOS：N-MOS性價(jià)比高

（1）從電路結(jié)構(gòu)上看，低壓側(cè)開關(guān)選N-MOS，高壓側(cè)開關(guān)選P-MOS；

（2）從成本和便利性上看，N溝道MOSFET選擇的型號(hào)多，物料成本低；P溝道MOSFET選擇的型號(hào)較少，物料成本高；

（3）從性能上看，NMOS導(dǎo)通電阻小，發(fā)熱量更低，允許通過的電流大，應(yīng)用場景也更廣泛，正激，反激、推挽、半橋、全橋等拓?fù)潆娐范寄軕?yīng)用。

2、選取封裝類型：SMT器件生產(chǎn)效率高

（1）溫升和熱設(shè)計(jì)是選取封裝最基本的要求，基本原則就是在保證MOSFET的溫升和系統(tǒng)效率的前提下，選取參數(shù)和封裝更通用的型號(hào)；

（2）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸限制；

（3）功耗或散熱方面的需求；

（4）生產(chǎn)、裝配、維修的效率和便利性。

3、選取耐壓BVdss：預(yù)留足夠的余量

（1）產(chǎn)品的額定電壓是固定的，MOSFET的耐壓選取也就比較容易，由于BVdss具有正溫度系數(shù)，在實(shí)際的應(yīng)用中要結(jié)合這些因素綜合考慮。

（2）VDS中的最高尖峰電壓如果大于BVdss，即便這個(gè)尖峰脈沖電壓的持續(xù)只有幾個(gè)或幾十個(gè)ns，MOSFET管也會(huì)進(jìn)入雪崩擊穿狀態(tài)而發(fā)生損壞。

（3）因此MOSFET管的雪崩電壓通常發(fā)生在1.2～1.3倍的BVDSS，而且持續(xù)的時(shí)間通常都是μs、甚至ms級(jí)，因此在選擇BVdss時(shí)需要留有足夠的余量。

4、選取Id電流：預(yù)留足夠的余量

（1）Id電流代表MOSFET能流過的最大電流，反映帶負(fù)載能力，超過這個(gè)值可能會(huì)因?yàn)槌?fù)荷導(dǎo)致MOSFET損壞。

（2）Id電流參數(shù)選擇時(shí)，需要考慮連續(xù)工作電流和電涌帶來的尖峰電流，確保MOSFET能夠承受最大的電流值。

（3）Id電流具有負(fù)溫度系數(shù)，電流值會(huì)隨著結(jié)溫度升高而降低，因此應(yīng)用時(shí)需要考慮的其在高溫時(shí)的 Id值能否符合要求。

5、選取柵極閾值電壓Vth：需結(jié)合電路需求選擇

（1）Vth是指當(dāng)源極與漏極之間有指定電流時(shí)，柵極使用的電壓；

（2）Vth具有負(fù)溫度系數(shù)，選擇參數(shù)時(shí)需要考慮。

（3）不同電子系統(tǒng)選取MOSFET管的閾值電壓Vth并不相同，需要根據(jù)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電壓，選取合適閾值電壓的MOSFET管。

（4）閾值電壓越高抗干擾性能越強(qiáng)，可以減少尖峰脈沖造成的電路誤觸發(fā)。

6、選取導(dǎo)通電阻Rds（on）：越低越好

（1）Rds（on）和導(dǎo)通損耗直接相關(guān)，RDSON越小，功率MOSFET的導(dǎo)通損耗越小、效率越高、工作溫升越低。

（2）Rds（on）時(shí)正溫度系數(shù)，會(huì)隨著MOSFET溫度升高而變大，也就是Rds（on）電阻值會(huì)隨著電流增大輕微上升，因此選擇時(shí)需要留有余量。

（3）Rds（on）低的MOSFET通常成本比較高，可以通過優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路，改進(jìn)散熱等方式，選用Rds（on）較大一些的的低成本器件。

7、選取寄生電容/柵電荷：Ciss、Coss、Crss；Qg、Qgd、Qoss：越小越好

（1）影響開關(guān)性能參數(shù)，最重要的是Ciss、Coss和Crss的電容，這些電容在工作時(shí)重復(fù)充放電產(chǎn)生開關(guān)損耗，導(dǎo)致MOSFET開關(guān)速度下降，效率降低。

（2）柵電荷反映存儲(chǔ)在端子間的電荷，在開關(guān)電路工作時(shí)，電容上的電荷會(huì)隨著電壓變化，因此設(shè)計(jì)柵極驅(qū)動(dòng)電路時(shí)需要考慮柵極電荷的影響。

8、熱設(shè)計(jì)：按照最壞情況來設(shè)計(jì)

（1）確保MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài)，關(guān)注封裝的半導(dǎo)體結(jié)與環(huán)境之間的熱阻，以及最高的結(jié)溫。

（2）設(shè)計(jì)人員需充分考慮最壞情況和真實(shí)情況，建議采用針對(duì)最壞情況的計(jì)算結(jié)果，確保系統(tǒng)不會(huì)失效。

（3）如果系統(tǒng)允許，盡量加大散熱器尺寸和選用更好的散熱方式，提升系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。

9、其他：

MOSFET選型時(shí)還需要關(guān)注開關(guān)時(shí)間（ton、toff）、內(nèi)部寄生二極管、低頻跨導(dǎo) gm等參數(shù)。