如何正確選用MOSFET場效管

2022-03-17 287

如何正確選用MOSFET場效電晶體

場效電晶體廣泛應用於類比電路和數位電路中，與我們的生活息息相關。場效管的優點是：首先，驅動電路比較簡單。 FET所需的驅動電流比BJT小得多，通常可以直接用CMOS或開集電極TTL電路驅動。場效電晶體的開關速度比較快，而且由於沒有電荷儲存效應，可以以較高的速度工作。另外，FET沒有二次擊穿失效機制，因此在較高溫度下具有更強的耐久性，熱擊穿的可能性更低，在更寬的溫度範圍內具有更好的性能。場效應已廣泛應用於消費性電子、工業產品、機電設備、智慧型手機等便攜式數位電子產品。

??近年來，隨著場效管產品在汽車、通訊、能源、消費、綠色工業等產業的廣泛應用，近年來發展迅速。功率FET備受關注。未來，FET仍將佔據主導地位。場效電晶體仍然會是許多剛進入這個領域的工程師會接觸到的裝置。接下來，Micro BiSemiconductor將討論場效電晶體的一些基礎知識，包括關鍵常數的選擇和介紹、系統和散熱考慮。
??一、場效電晶體的基本選擇

FET 有兩種類型：N 通道和 P 通道。第一步是決定使用N通道還是P通道MOS電晶體。在典型的電源應用中，當MOS電晶體接地並且負載連接到電源電壓時，MOS電晶體被配置為低電壓側開關。在低電壓側開關中，考慮到關斷或開啟裝置所需的電壓，應採用N通道MOS電晶體。當金屬氧化物半導體電晶體連接到總線且負載接地時，應在高壓側開啟和關閉。這種拓樸結構通常採用P通道MOS電晶體，同樣由電壓驅動。

確定所需的額定電壓或設備能承受的最大電壓。額定電壓越高，設備成本越高。根據實務經驗，額定電壓應大於電源電壓或母線電壓。這樣就可以提供足夠的保護，防止MOS管失效。在選擇金屬氧化物半導體電晶體時，需要確定汲極和源極之間可能的最大電壓，即最大VDS。非常重要的是要知道MOS管能承受的最大電壓會隨著溫度的變化而改變。我們必須測試整個工作溫度範圍內的電壓範圍。額定電壓必須有足夠的餘裕來覆蓋這個變化範圍，以確保電路不會發生故障。其他需要考慮的安全因素包括開關電子設備（例如馬達或變壓器）引起的電壓瞬變。不同應用場合的額定電壓也不同；一般便攜式設備為20V，FPGA供電為20~30V，85~220VAC應用為450~600V。

2.確定MOS管額定電流

額定電流應是負載在任何情況下所能承受的最大電流。與電壓情況類似，即使系統產生峰值電流，也要確保所選的MOS管能夠承受此額定電流。目前考慮的兩種情況是連續模式和脈衝尖峰。在連續導通模式下，金屬氧化物半導體電晶體處於穩定狀態，電流會連續流過裝置。脈衝尖峰是指流過元件的大量突波（或尖峰）。一旦確定了這些條件下的最大電流，只需直接選擇能夠承受最大電流的裝置即可。

選擇額定電流後，也必須計算導通損耗。實際上，金屬氧化物半導體電晶體並不是理想的裝置，因為在導通過程中會有功率損耗，稱為導通損耗。 MOS管在「導通」時就像一個可變電阻，它由裝置的RDS(ON)決定，並隨溫度發生顯著變化。裝置的耗電量可以透過Iload2×來控制 RDS(ON) 計算。由於導通電阻隨溫度變化，功率損耗也會成比例變化。施加在MOS電晶體的電壓VGS越高，RDS(ON)就越小。否則，RDS(ON) 將會更高。請注意，RDS(ON) 電阻會隨著電流的增加而略有上升。無線電數據系統的（導通）電阻的各種電氣和氣動參數的變化可以在製造商提供的技術數據表中找到。

??第三，選擇MOS管的下一步是系統的散熱要求。

必須考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實情況。建議採用最壞情況的計算結果，因為此結果提供了較大的安全裕度，可以確保系統不會故障。 MOS資料手冊中有一些測量資料需要注意；元件的結溫等於最高環境溫度加上熱阻與功耗的乘積（結溫=最高環境溫度+[熱阻× 功耗]）。根據此公式可求出系統的最大功耗，定義為等於I2× RDS(ON)。我們根據裝置的最大電流計算出不同溫度下的RDS(ON)。另外，電路板及其MOS管的散熱也要做好。

雪崩是指半導體裝置上的反向電壓超過最大值，形成強電場，使裝置中的電流增加。晶片尺寸的增大會提高抗雪崩能力，最終提高元件的穩健性。因此，選擇較大的封裝可以有效防止雪崩。

4.選擇MOS管的最後一步是確定MOS管的開關性能。

影響開關性能的參數有很多，但最重要的是閘極/汲極、閘極/源極和汲極/源極電容。這些電容會導致裝置的開關損耗，因為每次開關時都需要充電。因此，金屬氧化物半導體電晶體的開關速度降低，元件效率也降低。為了計算裝置在開關期間的總損耗，應計算開關期間損耗（Eon）和開關期間損耗（Eoff）。 MOSFET的總功率可以用下列公式表示：Psw= (Eon+Eoff)× 開關頻率。閘極電荷 (Qgd) 對開關效能影響最大。

公司電話：+86-0755-83044319
傳真/傳真：+86-0755-83975897
郵箱：1615456225@qq.com
QQ：3518641314 李經理
QQ：332496225 邱經理
地址：深圳市龍華新區民治大道809號展濤科技大樓C座1079室

Siko微動開關電源頂級扭結組成基本介紹（五）

MOS管為什麼容易發熱？