中心議題：

• 正確選擇MOSFET的方法

解決方案：

• 確定N溝道還是P溝道
• 確定額定電流
• 確定熱要求
• 決定開關性能

作為電氣係統中的基本部件
，MOSFET需要工程師深入了解其關鍵特性及指標，以做出正確選型。本文講述正確選擇MOSFET的方法，包括確定N/P溝道、確定額定電流
、確定熱要求、決定開關性能四大步驟，根據RDS（ON）
、熱性能、雪崩擊穿電壓及開關性能指標來選擇正確的MOSFET。

MOSFET的選擇

MOSFET有兩大類型：N溝道和P溝道。在功率係統中，MOSFET可被看成電氣開關。當在N溝道MOSFET的柵極和源極間加上正電壓時
，其開關導通。導通時，電流可經開關從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個內阻，稱為導通電阻RDS（ON）。必須清楚 MOSFET的(de)柵(zha)極(ji)是(shi)個(ge)高(gao)阻(zu)抗(kang)端(duan)，因(yin)此(ci)
，總(zong)是(shi)要(yao)在(zai)柵(zha)極(ji)加(jia)上(shang)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)。如(ru)果(guo)柵(zha)極(ji)為(wei)懸(xuan)空(kong)
，器(qi)件(jian)將(jiang)不(bu)能(neng)按(an)設(she)計(ji)意(yi)圖(tu)工(gong)作(zuo)，並(bing)可(ke)能(neng)在(zai)不(bu)恰(qia)當(dang)的(de)時(shi)刻(ke)導(dao)通(tong)或(huo)關(guan)閉(bi)，導(dao)致(zhi)係(xi)統(tong)產(chan)生(sheng)潛(qian)在(zai)的(de)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)。當(dang)源(yuan)極(ji)和(he)柵(zha)極(ji)間(jian)的(de)電(dian)壓(ya)為(wei)零(ling)時(shi)，開(kai)關(guan)關(guan)閉(bi)，而(er)電(dian)流(liu)停(ting)止(zhi)通(tong)過(guo)器(qi)件(jian)。雖(sui)然(ran)這(zhe)時(shi)器(qi)件(jian)已(yi)經(jing)關(guan)閉(bi)
，但(dan)仍(reng)然(ran)有(you)微(wei)小(xiao)電(dian)流(liu)存(cun)在(zai)，這(zhe)稱(cheng)之(zhi)為(wei)漏(lou)電(dian)流(liu)，即(ji) IDSS。

第一步：選用N溝道還是P溝道

為設計選擇正確器件的第一步是決定采用 N溝道還是P溝道MOSFET。在典型的功率應用中，當一個MOSFET接地，而負載連接到幹線電壓上時，該MOSFET就構成了低壓側開關。在低壓側開關中，應采用N溝道MOSFET，這是出於對關閉或導通器件所需電壓的考慮。當MOSFET連接到總線及負載接地時

，就要用高壓側開關。通常會在這個拓撲中采用P溝道 MOSFET，這也是出於對電壓驅動的考慮。

要(yao)選(xuan)擇(ze)適(shi)合(he)應(ying)用(yong)的(de)器(qi)件(jian)，必(bi)須(xu)確(que)定(ding)驅(qu)動(dong)器(qi)件(jian)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)壓(ya)，以(yi)及(ji)在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)最(zui)簡(jian)易(yi)執(zhi)行(xing)的(de)方(fang)法(fa)。下(xia)一(yi)步(bu)是(shi)確(que)定(ding)所(suo)需(xu)的(de)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)
，或(huo)者(zhe)器(qi)件(jian)所(suo)能(neng)承(cheng)受(shou)的(de)最(zui)大(da)電(dian)壓(ya)。額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)越(yue)大(da)，器(qi)件(jian)的(de)成(cheng)本(ben)就(jiu)越(yue)高(gao)。根(gen)據(ju)實(shi)踐(jian)經(jing)驗(yan)，額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)應(ying)當(dang)大(da)於(yu)幹(gan)線(xian)電(dian)壓(ya)或(huo)總(zong)線(xian)電(dian)壓(ya)。這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)的(de)保(bao)護(hu)
，使(shi)MOSFET不會失效。就選擇MOSFET而言，必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓
，即最大VDS。知道MOSFET能neng承cheng受shou的de最zui大da電dian壓ya會hui隨sui溫wen度du而er變bian化hua這zhe點dian十shi分fen重zhong要yao。設she計ji人ren員yuan必bi須xu在zai整zheng個ge工gong作zuo溫wen度du範fan圍wei內nei測ce試shi電dian壓ya的de變bian化hua範fan圍wei。額e定ding電dian壓ya必bi須xu有you足zu夠gou的de餘yu量liang覆fu蓋gai這zhe個ge變bian化hua範fan圍wei，確que保bao電dian路lu不bu會hui失shi效xiao。設she計ji工gong程cheng師shi需xu要yao考kao慮lv的de其qi他ta安an全quan因yin素su包bao括kuo由you開kai關guan電dian子zi設she備bei（如電機或變壓器）誘發的電壓瞬變。不同應用的額定電壓也有所不同；通常，便攜式設備為20V、FPGA電源為20～30V、85～220VAC應用為450～600V。

第二步：確定額定電流

第二步是選擇MOSFET的額定電流。視電路結構而定
，該額定電流應是負載在所有情況下能夠承受的最大電流。與電壓的情況相似
，設計人員必須確保所選的MOSFET能承受這個額定電流，即使在係統產生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續模式和脈衝尖峰。在連續導通模式下
，MOSFET處於穩態，此時電流連續通過器件。脈衝尖峰是指有大量電湧（或尖峰電流）流過器件。一旦確定了這些條件下的最大電流
，隻需直接選擇能承受這個最大電流的器件便可。

選好額定電流後，還必須計算導通損耗。在實際情況下，MOSFET並不是理想的器件，因為在導電過程中會有電能損耗，這稱之為導通損耗。MOSFET在“導通”時就像一個可變電阻，由器件的RDS（ON）所確定，並隨溫度而顯著變化。器件的功率耗損可由Iload2×RDS（ON）計算
，由於導通電阻隨溫度變化
，因此功率耗損也會隨之按比例變化。對MOSFET施加的電壓VGS越高，RDS（ON）就會越小
；反之RDS（ON）就會越高。對係統設計人員來說
，這就是取決於係統電壓而需要折中權衡的地方。對便攜式設計來說
，采用較低的電壓比較容易（較為普遍），而對於工業設計，可采用較高的電壓。注意RDS（ON）電阻會隨著電流輕微上升。關於RDS（ON）電阻的各種電氣參數變化可在製造商提供的技術資料表中查到。

技術對器件的特性有著重大影響，因為有些技術在提高最大VDS時往往會使 RDS（ON）增大。對於這樣的技術
，如果打算降低VDS和RDS（ON）
，namejiudezengjiajingpianchicun，congerzengjiayuzhipeitaodefengzhuangchicunjixiangguandekaifachengben。yejiexianyouhaojizhongshitukongzhijingpianchicunzengjiadejishu，qizhongzuizhuyaodeshigoudaohedianhepinghengjishu。

在溝道技術中，晶片中嵌入了一個深溝

，通常是為低電壓預留的，用於降低導通電阻RDS（ON）。為了減少最大VDS對RDS（ON）的影響，開發過程中采用了外延生長柱/蝕刻柱工藝。例如，飛兆半導體開發了稱為SuperFET的技術
，針對RDS（ON）的降低而增加了額外的製造步驟。這種對RDS（ON）的關注十分重要
，因為當標準MOSFET的擊穿電壓升高時，RDS（ON）會隨之呈指數級增加，並且導致晶片尺寸增大。SuperFET工藝將RDS（ON）與晶片尺寸間的指數關係變成了線性關係。這樣，SuperFET器件便可在小晶片尺寸，甚至在擊穿電壓達到600V的情況下
，實現理想的低RDS（ON）。結果是晶片尺寸可減小達35%。而對於最終用戶來說

，這意味著封裝尺寸的大幅減小。

第三步：確定熱要求

選擇MOSFET的de下xia一yi步bu是shi計ji算suan係xi統tong的de散san熱re要yao求qiu。設she計ji人ren員yuan必bi須xu考kao慮lv兩liang種zhong不bu同tong的de情qing況kuang，即ji最zui壞huai情qing況kuang和he真zhen實shi情qing況kuang。建jian議yi采cai用yong針zhen對dui最zui壞huai情qing況kuang的de計ji算suan結jie果guo，因yin為wei這zhe個ge結jie果guo提ti供gong更geng大da的de安an全quan餘yu量liang，能neng確que保bao係xi統tong不bu會hui失shi效xiao。在zaiMOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數據；比如封裝器件的半導體結與環境之間的熱阻，以及最大的結溫。

器件的結溫等於最大環境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積（結溫=最大環境溫度+［熱阻×功率耗散］）。根據這個方程可解出係統的最大功率耗散，即按定義相等於I2×RDS（ON）。由於設計人員已確定將要通過器件的最大電流
，因此可以計算出不同溫度下的RDS（ON）。值得注意的是
，在處理簡單熱模型時，設計人員還必須考慮半導體結/器件外殼及外殼/環境的熱容量
；即要求印刷電路板和封裝不會立即升溫。[page]
xuebengjichuanshizhibandaotiqijianshangdefanxiangdianyachaoguozuidazhi
，bingxingchengqiangdianchangshiqijianneidianliuzengjia。gaidianliujianghaosangonglv，shiqijiandewendushenggao，erqieyoukenengsunhuaiqijian。bandaotigongsidouhuiduiqijianjinxingxuebengceshi
，jisuanqixuebengdianya
，huoduiqijiandewenjianxingjinxingceshi。jisuanedingxuebengdianyayouliangzhongfangfa；一(yi)是(shi)統(tong)計(ji)法(fa)，另(ling)一(yi)是(shi)熱(re)計(ji)算(suan)。而(er)熱(re)計(ji)算(suan)因(yin)為(wei)較(jiao)為(wei)實(shi)用(yong)而(er)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)采(cai)用(yong)。不(bu)少(shao)公(gong)司(si)都(dou)有(you)提(ti)供(gong)其(qi)器(qi)件(jian)測(ce)試(shi)的(de)詳(xiang)情(qing)。除(chu)計(ji)算(suan)外(wai)，技(ji)術(shu)對(dui)雪(xue)崩(beng)效(xiao)應(ying)也(ye)有(you)很(hen)大(da)影(ying)響(xiang)。例(li)如(ru)，晶(jing)片(pian)尺(chi)寸(cun)的(de)增(zeng)加(jia)會(hui)提(ti)高(gao)抗(kang)雪(xue)崩(beng)能(neng)力(li)，最(zui)終(zhong)提(ti)高(gao)器(qi)件(jian)的(de)穩(wen)健(jian)性(xing)。對(dui)最(zui)終(zhong)用(yong)戶(hu)而(er)言(yan)，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)要(yao)在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)采(cai)用(yong)更(geng)大(da)的(de)封(feng)裝(zhuang)件(jian)。

第四步：決定開關性能

選擇MOSFET的最後一步是決定MOSFET的開關性能。影響開關性能的參數有很多
，但最重要的是柵極/漏極
、柵極/源極及漏極/源極電容。這些電容會在器件中產生開關損耗
，因為在每次開關時都要對它們充電。MOSFET的開關速度因此被降低，器件效率也下降。為計算開關過程中器件的總損耗，設計人員必須計算開通過程中的損耗（Eon）和關閉過程中的損耗（Eoff）。MOSFET開關的總功率可用如下方程表達：Psw=（Eon+Eoff）×開關頻率。而柵極電荷（Qgd）對開關性能的影響最大。

基於開關性能的重要性，新的技術正在不斷開發以解決這個開關問題。芯片尺寸的增加會加大柵極電荷；而這會使器件尺寸增大。為了減少開關損耗，新的技術如溝道厚底氧化已經應運而生，旨在減少柵極電荷。舉例說，SuperFET這種新技術就可通過降低RDS（ON）和柵極電荷（Qg），最大限度地減少傳導損耗和提高開關性能。這樣
，MOSFET就能應對開關過程中的高速電壓瞬變（dv/dt）和電流瞬變（di/dt）
，甚至可在更高的開關頻率下可靠地工作。

結論

通過了解 MOSFET的類型及了解和決定它們的重要性能特點，設計人員就能針對特定設計選擇正確的MOSFET。由於MOSFET是電氣係統中最基本的部件之一
，選擇正確的MOSFET對整個設計是否成功起著關鍵的作用。