功率MOSFET恐怕是工程師們最常用的器件之一了。但你知道嗎？關於MOSFET的器件選型要考慮方方麵麵的因素

，小到選N型還是P型、封裝類型，大到MOSFET的耐壓、導通電阻等，不同的應用需求千變萬化，下麵這篇文章總結了MOSFET器件選型的10步法則，相信看完你會大有收獲。

 

1、功率MOSFET選型第一步：P管，還是N管？

 

功率MOSFET有兩種類型：N溝道和P溝道
，在係統設計的過程中選擇N管還是P管，要針對實際的應用具體來選擇，N溝道MOSFET選擇的型號多，成本低；P溝道MOSFET選擇的型號較少，成本高。如果功率MOSFET的S極連接端的電壓不是係統的參考地，N溝道就需要浮地供電電源驅動
、變壓器驅動或自舉驅動，驅動電路複雜；P溝道可以直接驅動，驅動簡單。

 

需要考慮N溝道和P溝道的應用主要有：

 

（1）筆記本電腦、台式機和服務器等使用的給CPU和係統散熱的風扇，打印機進紙係統電機驅動
，吸塵器
、空氣淨化器、電風扇等白家電的電機控製電路，這些係統使用全橋電路結構
，每個橋臂上管可以使用P管，也可以使用N管。

 

（2）通信係統48V輸入係統的熱插撥MOSFET放在高端
，可以使用P管
，也可以使用N管。

 

（3）筆記本電腦輸入回路串聯的、起防反接和負載開關作用的二個背靠背的功率MOSFET，使用N溝道需要控製芯片內部集成驅動的充電泵
，使用P溝道可以直接驅動。

 

2、選取封裝類型

 

功率MOSFET的溝道類型確定後，第二步就要確定封裝，封裝選取原則有：

 

（1）溫升和熱設計是選取封裝最基本的要求

 

不同的封裝尺寸具有不同的熱阻和耗散功率
，除了考慮係統的散熱條件和環境溫度，如是否有風冷、散熱器的形狀和大小限製、環境是否封閉等因素，基本原則就是在保證功率MOSFET的溫升和係統效率的前提下，選取參數和封裝更通用的功率MOSFET。

 

有時候由於其他條件的限製

，需要使用多個MOSFET並聯的方式來解決散熱的問題，如在PFC應用
、電動汽車電機控製器、通信係統的模塊電源次級同步整流等應用中
，都會選取多管並聯的方式。

 

如果不能采用多管並聯，除了選取性能更優異的功率MOSFET，另外可以采用更大尺寸的封裝或新型封裝，例如在一些AC/DC電源中將TO220改成TO247封裝
；在一些通信係統的電源中，采用DFN8*8的新型封裝。

 

（2）係統的尺寸限製

 

有些電子係統受製於PCB的尺寸和內部的高度，如通信係統的模塊電源由於高度的限製通常采用DFN5*6、DFN3*3的封裝

；在有些ACDC的電源中
，使用超薄設計或由於外殼的限製，裝配時TO220封裝的功率MOSFET管腳直接插到根部，高度的限製不能使用TO247的封裝。有些超薄設計直接將器件管腳折彎平放，這種設計生產工序會變複雜。

 

在大容量的鋰電池保護板的設計中，由於尺寸限製極為苛刻
，現在大多使用芯片級的CSP封裝，盡可能的提高散熱性能，同時保證最小的尺寸。

 

（3）公司的生產工藝

 

TO220有二種封裝：luolujinshudefengzhuanghequansufengzhuang
，luolujinshudefengzhuangrezuxiao，sanrenengliqiang
，danzaishengchanguochengzhong，xuyaojiajueyuanzhui
，shengchangongyifuzachengbengao

，erquansufengzhuangrezuda，sanrenengliruo，danshengchangongyijiandan。

 

為了減小鎖螺絲的人工工序，近幾年一些電子係統采用夾子將功率MOSFET夾在散熱片中，這樣就出現了將傳統的TO220上部帶孔的部分去除的新的封裝形式
，同時也減小的器件的高度。

 

（4）成本控製

 

zaoqihenduodianzixitongshiyongchajianfengzhuang，zhejinianyouyurengongchengbenzengjia，henduogongsikaishigaiyongtiepianfengzhuang
，suirantiepiandehanjiechengbenbichajiangao，danshitiepianhanjiedezidonghuachengdugao

，zongtichengbenrengrankeyikongzhizaihelidefanwei。zaitaishijizhuban
、板卡等一些對成本極其敏感的應用中
，通常采用DPAK封裝的功率MOSFET
，因為這種封裝的成本低。

因此在選擇功率MOSFET的封裝時，要結合自己公司的風格和產品的特點，綜合考慮上麵因素。

 

3
、選取耐壓BVDSS

 

在大多數情況下
，似乎選取功率MOSFET的(de)耐(nai)壓(ya)對(dui)於(yu)很(hen)多(duo)工(gong)程(cheng)師(shi)來(lai)說(shuo)是(shi)最(zui)容(rong)易(yi)的(de)一(yi)件(jian)事(shi)情(qing)，因(yin)為(wei)設(she)計(ji)的(de)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)是(shi)相(xiang)對(dui)固(gu)定(ding)的(de)，公(gong)司(si)選(xuan)取(qu)特(te)定(ding)的(de)供(gong)應(ying)商(shang)的(de)一(yi)些(xie)料(liao)號(hao)，產(chan)品(pin)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)也(ye)是(shi)固(gu)定(ding)的(de)。例(li)如(ru)在(zai)筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦(nao)適(shi)配(pei)器(qi)、手機充電器中，輸入為90～265V的交流，初級通常選用600V或650V的功率MOSFET；筆記本電腦主板輸入電壓19V，通常選用30V的功率MOSFET，根本不需要任何的考慮。

 

數據表中功率MOSFET的擊穿電壓BVDSS有確定的測試條件，在不同的條件下具有不同的值，而且BVDSS具有正溫度係數，在實際的應用中要結合這些因素綜合考慮。

 

很多資料和文獻中經常提到：如果係統中功率MOSFET的VDS的最高尖峰電壓如果大於BVDSS，即便這個尖峰脈衝電壓的持續隻有幾個或幾十個ns，功率MOSFET也會進入雪崩從而發生損壞。

 

不同於三極管和IGBT
，功率MOSFET具有抗雪崩的能力，而且很多大的半導體公司功率MOSFET的雪崩能量在生產線上是全檢的、100%檢測，也就是在數據中這是一個可以保證的測量值，雪崩電壓通常發生在1.2～1.3倍的BVDSS，而且持續的時間通常都是μs
、甚至ms級，那麼持續隻有幾個或幾十個ns、遠低於雪崩電壓的尖峰脈衝電壓是不會對功率MOSFET產生損壞的。

 

為什麼在實際的設計中
，要求在最極端的情況下
，功率MOSFET的最大VDS電壓必須低於BVDSS
、同時還要有一定的降額，如5%

，10%，甚至20%的降額
？

 

原因在於：保證電子係統的可生產性
，以及在大批量生產時候的可靠性。

 

任ren何he電dian子zi係xi統tong的de設she計ji

，實shi際ji的de參can數shu都dou會hui有you一yi定ding的de變bian化hua範fan圍wei
，有you時shi候hou很hen難nan保bao證zheng多duo個ge極ji端duan的de情qing況kuang碰peng到dao一yi起qi
，從cong而er對dui係xi統tong產chan生sheng問wen題ti，特te別bie是shi在zai高gao溫wen的de條tiao件jian下xia，功gong率lv器qi件jian以yi及ji係xi統tong的de其qi他ta元yuan件jian溫wen度du係xi數shu的de漂piao移yi會hui產chan生sheng一yi些xie難nan以yi想xiang象xiang的de問wen題ti
，降jiang額e以yi及ji設she計ji的de裕yu量liang可ke以yi盡jin可ke能neng的de減jian小xiao在zai這zhe些xie極ji端duan條tiao件jian下xia發fa生sheng損sun壞huai的de問wen題ti。

 

4
、由驅動電壓選取VTH

 

不同電子係統的功率MOSFET選取的驅動電壓並不相同，AC/DC電源通常使用12V的驅動電壓，筆記本的主板DC/DC變換器使用5V的驅動電壓，因此要根據係統的驅動電壓選取不同閾值電壓VTH的功率MOSFET。

 

數據表中功率MOSFET的閾值電壓VTH也有確定的測試條件，在不同的條件下具有不同的值，VTH具有負溫度係數。不同的驅動電壓VGS對應著不同的導通電阻，在實際的應用中要考慮溫度的變化，既要保證功率MOSFET完全開通，同時又要保證在關斷的過程中耦合在G極上的尖峰脈衝不會發生誤觸發產生直通或短路。

 

5
、選取導通電阻RDSON，注意：不是電流

 

很多時候工程師關心RDSON，是因為RDSON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
、溫升越低。同樣的，工程師盡可能沿用以前項目中或物料庫中現有的元件，對於RDSON的真正的選取方法並沒有太多的考慮。當選用的功率MOSFET的溫升太低，出於成本的考慮
，會改用RDSON大一些的元件；當功率MOSFET的溫升太高、係統的效率偏低，就會改用RDSON小一些的元件，或通過優化外部的驅動電路，改進散熱的方式等來進行調整。

 

如果是一個全新的項目，沒有以前的項目可循，那麼如何選取功率MOSFET的RDSON？這裏介紹一個方法給大家：功耗分配法。

 

當設計一個電源係統的時候，已知條件有：輸入電壓範圍、輸出電壓/輸出電流
、效率、工作頻率、驅動電壓，當然還有其他的技術指標和功率MOSFET相關的主要是這些參數。步驟如下： 

 

（1）根據輸入電壓範圍
、輸出電壓/輸出電流

、效率，計算係統的最大損耗。

 

（2）功率回路的雜散損耗，非功率回路元件的靜態損耗，IC的靜態損耗以及驅動損耗，做大致的估算，經驗值可以占總損耗的10%～15%。如果功率回路有電流取樣電阻，計算電流取樣電阻的功耗。總損耗減去上麵的這些損耗，剩下部分就是功率器件、變壓器或電感的功率損耗。

 

將剩下的功率損耗按一定的比例分配到功率器件和變壓器或電感中
，不確定的話，按元件數目平均分配，這樣就得到每個MOSFET的功率損耗。

 

（3）將MOSFET的功率損耗，按一定的比例分配給開關損耗和導通損耗
，不確定的話，平均分配開關損耗和導通損耗。

 

（4）由MOSFET導通損耗和流過的有效值電流
，計算最大允許的導通電阻，這個電阻是MOSFET在最高工作結溫的RDSON。

 

數據表中功率MOSFET的RDSON標注有確定的測試條件，在不同的定義的條件下具有不同的值，測試的溫度為：TJ=25℃
，RDSON具有正溫度係數，因此根據MOSFET最高的工作結溫和RDSON溫度係數，由上述RDSON計算值

，得到25℃溫度下對應的RDSON。

 

（5）由25℃的RDSON來選取型號合適的功率MOSFET
，根據MOSFET的RDSON實際參數，向下或向上修整。

 

通過以上步驟，就初步選定功率MOSFET的型號和RDSON參數。

 

很多資料和文獻中，經常計算係統的最大電流
，然後進行降額，由功率MOSFET數據表的電流值來選取器件

，這種方法是不對的。

 

功率MOSFET的電流是一個計算值，而且是基於TC=25℃
，yemeiyoukaolvkaiguansunhao，yincizhezhongfangfaheshijideyingyongchajutaida
，meiyoucankaojiazhi。zaiyixieyoudadianliuchongjiyaoqiuyouduanlubaohudeyingyongzhong
，huixiaoheshujubiaozhongdezuidaloujimaichongdianliuzhijiqichixushijian，zhegehexuanquRDSON沒有直接的關係。

 

6、選取開關特性：Crss、Coss
、Ciss；Qg
、Qgd、Qoss

 

功率MOSFET在開關過程中產生開關損耗，開關損耗主要和這些開關特性參數有關。QG影響驅動損耗
，這一部分損耗並不消耗在功率MOSFET中，而且是消耗在驅動IC中。QG越大，驅動損耗越大。

 

基於RDSON選取了功率MOSFET的型號後，這些開關特性參數都可以在數據表中查到
，然後根據這些參數計算開關損耗。

 

7、熱設計及校核

 

根據選取的功率MOSFET的數據表和係統的工作狀態，計算其導通損耗和開關損耗，由總的功率損耗和工作的環境溫度計算MOSFET的最高結溫，校核其是否在設計的範圍。所有條件基於最惡劣的條件

，然後由計算的結果做相應的調整。

 

如果總的損耗偏大，大於分配的功率損耗，那麼就要重新選取其他型號的功率MOSFET，可以查看比選取的功率MOSFE的RDSON更大或更小的其他型號

，再次校核總的功率損耗，上述過程通常要配合第5、6步，經過幾次的反複校驗，最後確定與設計相匹配的型號，直到滿足設計的要求。

 

有時候由於產品型號的限製找不到參數合適的產品

，可以采用以下的方法：

 

（1）使用多管並聯的方式
，來解決散熱和溫升的問題。

 

（2）將功率損耗重新分配，變壓器或電感、其他的功率元件分配更多的功耗。更改功率分配的時候，也要保證其他元件的溫升滿足係統設計要求。

 

（3）如果係統允許

，改變散熱的方式或加大散熱器的尺寸。

 

（4）其他因素
，調整工作頻率
、更改電路結構等，如PFC采用交錯結構，采用LLC或其他軟開關電路。

 

8、校核二極管特性

 

在橋式電路中如全橋、半橋
、LLC以及BUCK電路的下管，有內部寄生二極管的反向恢複的問題
，最簡單的方法就是采用內部帶快恢複二極管的功率MOSFET，如果內部不帶快恢複二極管，就要考慮內部寄生二極管的反向恢複特性：Irrm、Qrr
、trr、trr1/trr2，如trr要小於250ns，這些參數影響著關斷的電壓尖峰、效率，以及可靠性，如在LLC的起動、短路中
，係統進入容性模式、若二極管反向恢複性能較差，容易產生上下管直通而損壞的問題。如果控製器具有容性模式保護功能
，就不用考慮這個因素。

 

9、雪崩能量及UIS、dv/dt

 

xuebengnengliangjiceshidetiaojiancankaoxiamiandewenzhang，youfeichangxiangxidexiangming。chulefanjiheyixiedianjiqudongdeyingyong
，daduojiegoubuhuifashengzhezhongdanchundedianyaqianweidexuebeng
，henduoyingyongqingkuangxia，erjiguanfanxianghuifuguochengzhongdv/dt、過溫以及大電流的綜合作用產生動態雪崩擊穿損壞，相關的內容可參考文章。

 

10、其他參數

 

內部RG的大小
、負載開關和熱插撥工作在線性區的問題
、SOA特性，和EMI相關的參數等。