場效應管(MOSFET)如何選型呢？

一、MOSFET簡介

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

MOSFET按導電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道，同時又有耗盡型和增強型之分，目前市場主要應用 N 溝道增強型。

MOSFET經歷了3次器件結構上的技術革新：溝槽型、超級結、屏蔽柵。

每一次器件結構的進化，在某些單項技術指標上產品性能得到質的飛躍，大幅拓寬產品的應用領域。

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

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

（3）超結功率MOSFET： 誕生于1990s，易于驅動，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通電阻和開關損耗。

MOSFET可廣泛應用在電源、網通、通信、安防、馬達驅動、工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療設備、照明、HID電子鎮(zhèn)流器、隔離器、充電器、消費電子、電腦及周邊等電子產品和應用領域。拓墣產業(yè)研究院發(fā)布了一份關于MOSFET市場的研究，認為隨著市場需求的提升，2022年整體MOSFET市場規(guī)模首度達到100億美元。

二、MOSFET主要參數和選型

MOSFET的主要參數有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)（導通電阻） 、Vth（閾值電壓）等。

在做器件選型時，主要從以下幾個方面考慮：

1、是N-MOS還是P-MOS：N-MOS性價比高

（1）從電路結構上看，低壓側開關選N-MOS，高壓側開關選P-MOS；

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

（3）從性能上看，NMOS導通電阻小，發(fā)熱量更低，允許通過的電流大，應用場景也更廣泛，正激，反激、推挽、半橋、全橋等拓撲電路都能應用。

2、選取封裝類型：SMT器件生產效率高

（1）溫升和熱設計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，選取參數和封裝更通用的型號；

（2）系統(tǒng)的結構尺寸限制；

（3）功耗或散熱方面的需求；

（4）生產、裝配、維修的效率和便利性。

3、選取耐壓BVdss：預留足夠的余量

（1）產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，在實際的應用中要結合這些因素綜合考慮。

（2）VDS中的最高尖峰電壓如果大于BVdss，即便這個尖峰脈沖電壓的持續(xù)只有幾個或幾十個ns，MOSFET管也會進入雪崩擊穿狀態(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)的時間通常都是μs、甚至ms級，因此在選擇BVdss時需要留有足夠的余量。

4、選取Id電流：預留足夠的余量

（1）Id電流代表MOSFET能流過的最大電流，反映帶負載能力，超過這個值可能會因為超負荷導致MOSFET損壞。

（2）Id電流參數選擇時，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電流具有負溫度系數，電流值會隨著結溫度升高而降低，因此應用時需要考慮的其在高溫時的 Id值能否符合要求。

5、選取柵極閾值電壓Vth：需結合電路需求選擇

（1）Vth是指當源極與漏極之間有指定電流時，柵極使用的電壓；

（2）Vth具有負溫度系數，選擇參數時需要考慮。

（3）不同電子系統(tǒng)選取MOSFET管的閾值電壓Vth并不相同，需要根據系統(tǒng)的驅動電壓，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，可以減少尖峰脈沖造成的電路誤觸發(fā)。

6、選取導通電阻Rds（on）：越低越好

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

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

（3）Rds（on）低的MOSFET通常成本比較高，可以通過優(yōu)化驅動電路，改進散熱等方式，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）影響開關性能參數，最重要的是Ciss、Coss和Crss的電容，這些電容在工作時重復充放電產生開關損耗，導致MOSFET開關速度下降，效率降低。

（2）柵電荷反映存儲在端子間的電荷，在開關電路工作時，電容上的電荷會隨著電壓變化，因此設計柵極驅動電路時需要考慮柵極電荷的影響。

8、熱設計：按照最壞情況來設計

（1）確保MOSFET工作在開關狀態(tài)，關注封裝的半導體結與環(huán)境之間的熱阻，以及最高的結溫。

（2）設計人員需充分考慮最壞情況和真實情況，建議采用針對最壞情況的計算結果，確保系統(tǒng)不會失效。

（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選型時還需要關注開關時間（ton、toff）、內部寄生二極管、低頻跨導 gm等參數。