如何正確選擇mosfet場效應管

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2022-03-17 09:24:06 6

如何正確選擇mosfet 場效應管

??場效應晶體管廣泛應用于模擬電路和數字電路，與我們的生活息息相關。場效應管的優點是：*，驅動電路相對簡單。場效應管所需的驅動電流比BJT的小得多，通常可以直接由CMOS或開路集電極TTL電路驅動。場效應晶體管的開關速度相對較快，由于沒有電荷存儲效應，可以以更高的速度工作。此外，場效應管沒有二次擊穿失效機制，在較高溫度下的耐久性更強，熱擊穿的可能性更低，在更寬的溫度范圍內也能提供更好的性能。場效應已廣泛應用于消費電子、工業產品、機電設備、智能手機等便攜式數字電子產品。

??近年來，隨著汽車、通信、能源、消費、綠色工業等行業廣泛使用場效應管產品，近年來發展迅速。功率場效應管備受關注。在未來，場效應管仍將占據主導地位。場效應晶體管仍將是許多剛進入該領域的工程師會接觸到的器件。接下來，微碧半導體將從基礎上討論場效應晶體管的一些基本知識，包括關鍵常數的選擇、介紹、系統和散熱考慮等。

??一、場效應管的基本選擇

??FET有兩種：N型溝道和P型溝道*步是決定用N型溝道還是P型溝道MOS晶體管。在典型的電源應用中，當金屬氧化物半導體晶體管接地并且負載連接到電源電壓時，金屬氧化物半導體晶體管被配置為低壓側開關。在低壓側開關中，考慮到關斷或接通器件所需的電壓，應使用N-溝道MOS晶體管。當金屬氧化物半導體晶體管連接到總線并且負載接地時，它應該在高壓側接通和斷開。這種拓撲通常采用P-溝道MOS晶體管，也是出于電壓驅動的考慮。

??確定所需的額定電壓或設備能夠承受的最大電壓。額定電壓越高，器件成本越高。根據實踐經驗，額定電壓應大于電源電壓或總線電壓。這樣，可以提供足夠的保護以防止 MOS管失效。就選擇金屬氧化物半導體晶體管而言，有必要確定漏極和源極之間可能的最大電壓，即最大VDS。知道 MOS管能承受的最大電壓會隨溫度變化是非常重要的。我們必須在整個工作溫度范圍內測試電壓范圍。額定電壓必須有足夠的裕量來覆蓋這個變化范圍，以確保電路不會出現故障。其他需要考慮的安全因素包括開關電子設備(如電機或變壓器)引起的電壓瞬變。不同應用的額定電壓也不同；一般便攜式設備為20V，FPGA電源為20 ~ 30 V，85 ~ 220 VAC應用為450 ~ 600 V，起亞半導體設計的MOS管耐壓強，應用領域廣，深受客戶青睞。
二、確定 MOS管的額定電流

??額定電流應該是負載在任何情況下都能承受的最大電流。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晶體管能夠承受此額定電流。考慮的兩種電流情況是連續模式和脈沖尖峰。在連續導通模式下，金屬氧化物半導體晶體管處于穩定狀態，電流持續流過器件。脈沖尖峰是指流經器件的大量浪涌(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該最大電流的器件。

??選擇額定電流后，還必須計算導通損耗。實際上，金屬氧化物半導體晶體管并不是理想的器件，因為在導電過程中會有功率損耗，這就是所謂的導通損耗。MOS晶體管就像“導通”中的可變電阻，由器件的RDS(ON)決定，隨溫度變化顯著。器件的功耗可以通過Iload2×RDS(ON)計算。由于導通電阻隨溫度變化，功率損耗也會成比例變化。對MOS管施加的電壓VGS越高，RDS(ON)就會越小；反之RDS(ON)就會越高。注意RDS(ON)電阻會隨著電流輕微上升。關于無線電數據系統(接通)電阻的各種電氣和氣動參數的變化可在制造商提供的技術數據表中找到。

??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。建議采用最壞情況的計算結果，因為這個結果提供了更大的安全裕度，可以保證系統不會出現故障。MOS管數據表中還有一些測量數據需要注意；器件的結溫等于最大環境溫度加上熱阻和功耗的乘積(結溫=最大環境溫度+［熱阻×功率耗散］)。根據這個公式，可以求解出系統的最大功耗，定義為等于I2×RDS(ON)。我們根據器件的最大電流計算了不同溫度下的RDS(ON)。此外，電路板及其MOS管的散熱也要做好。

??雪崩擊穿是指半導體器件上的反向電壓超過最大值，形成強電場，使器件中的電流增大。芯片尺寸的增加將提高雪崩電阻，最終提高器件的魯棒性。因此，選擇更大的封裝可以有效防止雪崩。

??4.選擇 MOS管的最后一步是確定MOS管的開關性能。

??影響開關性能的參數很多，但最重要的是柵極/漏極、柵極/源極和漏極/源極電容。這些電容會導致器件的開關損耗，因為每次開關時都要充電。因此，金屬氧化物半導體晶體管的開關速度降低，并且器件效率也降低。為了計算器件在開關過程中的總損耗，應計算開關過程中的損耗(Eon)和開關過程中的損耗(Eoff)。MOSFET開關的總功率可由下式表示：Psw= （Eon+Eoff）×開關頻率。柵極電荷(Qgd)對開關性能的影響最大。

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