【经验】如何正确选择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，与我们的生活息息相关。场效应管的优点是驱动电路相对简单。场效应管所需的驱动电流比BJT的小得多，通常可以直接由CMOS或开路集电极TTL电路驱动。场效应晶体管的开关速度相对较快，由于没有电荷存储效应，可以以更高的速度工作。此外，场效应管没有二次击穿失效机制，在较高温度下的耐久性更强，热击穿的可能性更低，在更宽的温度范围内也能提供更好的性能。场效应管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。
图 1
近年来，随着汽车、通信、能源、消费、绿色工业等行业广泛使用场效应管产品，功率场效应管备受关注。在未来，场效应管仍将占据主导地位。场效应晶体管仍将是许多刚进入该领域的工程师会接触到的器件。本文SLKOR将从基础上讨论场效应晶体管的一些基本知识，包括关键常数的选择、介绍、系统和散热考虑等。
一、场效应管的基本选择
FET有两种：N型沟道和P型沟道第一步是决定用N型沟道还是P型沟道MOS晶体管。在典型的电源应用中，当金属氧化物半导体晶体管接地并且负载连接到电源电压时，金属氧化物半导体晶体管被配置为低压侧开关。在低压侧开关中，考虑到关断或接通器件所需的电压，应使用N-沟道MOS晶体管。当金属氧化物半导体晶体管连接到总线并且负载接地时，它应该在高压侧接通和断开。这种拓扑通常采用P-沟道MOS晶体管，也是出于电压驱动的考虑。
确定所需的额定电压或设备能够承受的最大电压。额定电压越高，器件成本越高。根据实践经验，额定电压应大于电源电压或总线电压。这样，可以提供足够的保护以防止MOS管失效。就选择金属氧化物半导体晶体管而言，有必要确定漏极和源极之间可能的最大电压，即最大VDS。知道MOS管能承受的最大电压会随温度变化是非常重要的。我们必须在整个工作温度范围内测试电压范围。额定电压必须有足够的裕量来覆盖这个变化范围，以确保电路不会出现故障。其他需要考虑的安全因素包括开关电子设备(如电机或变压器)引起的电压瞬变。不同应用的额定电压也不同；一般便携式设备为20V，FPGA电源为20~30 V，85~220 VAC应用为450~600V，起亚半导体设计的MOS管耐压强，应用领域广，深受客户青睐。
二、确定MOS管的额定电流
额定电流应该是负载在任何情况下都能承受的最大电流。与电压情况类似，即使系统产生峰值电流，也要确保所选的MOS晶体管能够承受此额定电流。考虑的两种电流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，电流持续流过器件。脉冲尖峰是指流经器件的大量浪涌(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该最大电流的器件。
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理想的器件，因为在导电过程中会有功率损耗，这就是所谓的导通损耗。MOS晶体管就像“导通”中的可变电阻，由器件的RDS(ON)决定，随温度变化显著。器件的功耗可以通过Iload2×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。对MOS管施加的电压VGS越高，RDS(ON)就会越小；反之RDS(ON)就会越高。注意RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升。关于无线电数据系统(接通)电阻的各种电气和气动参数的变化可在制造商提供的技术数据表中找到。
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，因为这个结果提供了更大的安全裕度，可以保证系统不会出现故障。MOS管数据表中还有一些测量数据需要注意；器件的结温等于最大环境温度加上热阻和功耗的乘积(结温=最大环境温度+［热阻×功率耗散］)。根据这个公式，可以求解出系统的最大功耗，定义为等于I2×RDS(ON)。我们根据器件的最大电流计算了不同温度下的RDS(ON)。此外，电路板及其MOS管的散热也要做好。
雪崩击穿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。芯片尺寸的增加将提高雪崩电阻，最终提高器件的鲁棒性。因此，选择更大的封装可以有效防止雪崩。
四.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，因为每次开关时都要充电。因此，金属氧化物半导体晶体管的开关速度降低，并且器件效率也降低。为了计算器件在开关过程中的总损耗，应计算开关过程中的损耗(Eon)和开关过程中的损耗(Eoff)。MOSFET开关的总功率可由下式表示：Psw= （Eon+Eoff）×开关频率。栅极电荷(Qgd)对开关性能的影响最大。
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