如何正确选用MOSFET场效应管

2022-03-17 287

如何正确选用MOSFET场效应晶体管

场效应晶体管广泛应用于模拟电路和数字电路中，与我们的生活息息相关。场效应管的优点是：首先，驱动电路比较简单。 FET所需的驱动电流比BJT小得多，通常可以直接用CMOS或开集电极TTL电路驱动。场效应晶体管的开关速度比较快，并且由于没有电荷存储效应，可以以较高的速度工作。另外，FET没有二次击穿失效机制，因此在较高温度下具有更强的耐久性，热击穿的可能性更低，在更宽的温度范围内具有更好的性能。场效应已广泛应用于消费电子、工业产品、机电设备、智能手机等便携式数字电子产品中。

??近年来，随着场效应管产品在汽车、通信、能源、消费、绿色工业等行业的广泛应用，近年来发展迅速。功率FET备受关注。未来，FET仍将占据主导地位。场效应晶体管仍然会是很多刚进入这个领域的工程师会接触到的器件。接下来，Micro BiSemiconductor将讨论场效应晶体管的一些基础知识，包括关键常数的选择和介绍、系统和散热考虑。
??一、场效应管的基本选择

FET 有两种类型：N 沟道和 P 沟道。第一步是决定使用N沟道还是P沟道MOS晶体管。在典型的电源应用中，当MOS晶体管接地并且负载连接到电源电压时，MOS晶体管被配置为低压侧开关。在低压侧开关中，考虑到关断或开启器件所需的电压，应采用N沟道MOS晶体管。当金属氧化物半导体晶体管连接到总线且负载接地时，应在高压侧开启和关闭。这种拓扑结构通常采用P沟道MOS晶体管，同样由电压驱动。

确定所需的额定电压或设备能承受的最大电压。额定电压越高，设备成本越高。根据实践经验，额定电压应大于电源电压或母线电压。这样就可以提供足够的保护，防止MOS管失效。在选择金属氧化物半导体晶体管时，需要确定漏极和源极之间可能的最大电压，即最大VDS。非常重要的是要知道MOS管能承受的最大电压会随着温度的变化而变化。我们必须测试整个工作温度范围内的电压范围。额定电压必须有足够的余量来覆盖这个变化范围，以确保电路不会发生故障。其他需要考虑的安全因素包括开关电子设备（例如电机或变压器）引起的电压瞬变。不同应用场合的额定电压也不同；一般便携式设备为20V，FPGA供电为20~30V，85~220VAC应用为450~600V。起亚半导体设计的MOS管耐压强，应用领域广泛，受到青睐由客户。

2、确定MOS管额定电流

额定电流应是负载在任何情况下所能承受的最大电流。与电压情况类似，即使系统产生峰值电流，也要保证所选的MOS管能够承受这个额定电流。当前考虑的两种情况是连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下，金属氧化物半导体晶体管处于稳定状态，电流连续流过器件。脉冲尖峰是指流过器件的大量浪涌（或尖峰）。一旦确定了这些条件下的最大电流，只需直接选择能够承受最大电流的器件即可。

选择额定电流后，还必须计算导通损耗。实际上，金属氧化物半导体晶体管并不是一个理想的器件，因为在导通过程中会有功率损耗，称为导通损耗。 MOS管在“导通”时就像一个可变电阻，它由器件的RDS(ON)决定，并随温度发生显着变化。设备的功耗可以通过Iload2×来控制 RDS(ON) 计算。由于导通电阻随温度变化，功率损耗也会成比例变化。施加到MOS晶体管的电压VGS越高，RDS(ON)就越小。否则，RDS(ON) 将会更高。请注意，RDS(ON) 电阻会随着电流的增加而略有上升。无线电数据系统的（导通）电阻的各种电气和气动参数的变化可以在制造商提供的技术数据表中找到。

??第三，选择MOS管的下一步是系统的散热要求。

必须考虑两种不同的情况，即最坏情况和真实情况。建议采用最坏情况的计算结果，因为该结果提供了较大的安全裕度，可以保证系统不会出现故障。 MOS数据手册中有一些测量数据需要注意；器件的结温等于最高环境温度加上热阻与功耗的乘积（结温=最高环境温度+[热阻× 功耗]）。根据该公式可求出系统的最大功耗，定义为等于I2× RDS(ON)。我们根据器件的最大电流计算出不同温度下的RDS(ON)。另外，电路板及其MOS管的散热也要做好。

雪崩是指半导体器件上的反向电压超过最大值，形成强电场，使器件中的电流增大。芯片尺寸的增大会提高抗雪崩能力，最终提高器件的鲁棒性。因此，选择较大的封装可以有效防止雪崩。

4、选择MOS管的最后一步是确定MOS管的开关性能。

影响开关性能的参数有很多，但最重要的是栅极/漏极、栅极/源极和漏极/源极电容。这些电容会导致器件的开关损耗，因为每次开关时都需要充电。因此，金属氧化物半导体晶体管的开关速度降低，器件效率也降低。为了计算器件在开关期间的总损耗，应计算开关期间损耗（Eon）和开关期间损耗（Eoff）。 MOSFET的总功率可用下式表示：Psw=(Eon+Eoff)× 开关频率。栅极电荷 (Qgd) 对开关性能影响最大。

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