“器件大師”的經(jīng)驗(yàn)！MOSFET器件選型的3大法則

時(shí)間：2020-04-29 16:27:55

關(guān)鍵字： MOSFET 器件選型功率MOSFET DSO

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[導(dǎo)讀]俗話說(shuō)“人無(wú)遠(yuǎn)慮必有近憂”，對(duì)于電子設(shè)計(jì)工程師，在項(xiàng)目開(kāi)始之前，器件選型之初，就要做好充分考慮，選擇最適合自己需要的器件，才能保證項(xiàng)目的成功。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(guān)于MOSFET的器件選型要考慮方方面面的因素

俗話說(shuō)“人無(wú)遠(yuǎn)慮必有近憂”，對(duì)于電子設(shè)計(jì)工程師，在項(xiàng)目開(kāi)始之前，器件選型之初，就要做好充分考慮，選擇最適合自己需要的器件，才能保證項(xiàng)目的成功。

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(guān)于MOSFET的器件選型要考慮方方面面的因素，小到選N型還是P型、封裝類(lèi)型，大到MOSFET的耐壓、導(dǎo)通電阻等，不同的應(yīng)用需求千變?nèi)f化，下面這篇文章總結(jié)了MOSFET器件選型的10步法則，相信看完你會(huì)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(lèi)型：N溝道和P溝道，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中選擇N管還是P管，要針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用具體來(lái)選擇，N溝道MOSFET選擇的型號(hào)多，成本低；P溝道MOSFET選擇的型號(hào)較少，成本高。

如果功率MOSFET的S極連接端的電壓不是系統(tǒng)的參考地，N溝道就需要浮地供電電源驅(qū)動(dòng)、變壓器驅(qū)動(dòng)或自舉驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜；P溝道可以直接驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單。

需要考慮N溝道和P溝道的應(yīng)用主要有：

（1）筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器等使用的給CPU和系統(tǒng)散熱的風(fēng)扇，打印機(jī)進(jìn)紙系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，吸塵器、空氣凈化器、電風(fēng)扇等家電的電機(jī)控制電路，這些系統(tǒng)使用全橋電路結(jié)構(gòu)，每個(gè)橋臂上管可以使用P管，也可以使用N管。

（2）通信系統(tǒng)48V輸入系統(tǒng)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(lián)的、起防反接和負(fù)載開(kāi)關(guān)作用的二個(gè)背靠背的功率MOSFET，使用N溝道需要控制芯片內(nèi)部集成驅(qū)動(dòng)的充電泵，使用P溝道可以直接驅(qū)動(dòng)。

2、選取封裝類(lèi)型

功率MOSFET的溝道類(lèi)型確定后，第二步就要確定封裝，封裝選取原則有：

（1）溫升和熱設(shè)計(jì)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，除了考慮系統(tǒng)的散熱條件和環(huán)境溫度，如是否有風(fēng)冷、散熱器的形狀和大小限制、環(huán)境是否封閉等因素，基本原則就是在保證功率MOSFET的溫升和系統(tǒng)效率的前提下，選取參數(shù)和封裝更通用的功率MOSFET。

有時(shí)候由于其他條件的限制，需要使用多個(gè)MOSFET并聯(lián)的方式來(lái)解決散熱的問(wèn)題，如在PFC應(yīng)用、電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器、通信系統(tǒng)的模塊電源次級(jí)同步整流等應(yīng)用中，都會(huì)選取多管并聯(lián)的方式。

如果不能采用多管并聯(lián)，除了選取性能更優(yōu)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；在一些通信系統(tǒng)的電源中，采用DFN8*8的新型封裝。

（2）系統(tǒng)的尺寸限制

有些電子系統(tǒng)受制于PCB的尺寸和內(nèi)部的高度，如通信系統(tǒng)的模塊電源由于高度的限制通常采用DFN5*6、DFN3*3的封裝；在有些ACDC的電源中，使用超薄設(shè)計(jì)或由于外殼的限制，裝配時(shí)TO220封裝的功率MOSFET管腳直接插到根部，高度的限制不能使用TO247的封裝。

有些超薄設(shè)計(jì)直接將器件管腳折彎平放，這種設(shè)計(jì)生產(chǎn)工序會(huì)變復(fù)雜。

在大容量的鋰電池保護(hù)板的設(shè)計(jì)中，由于尺寸限制極為苛刻，現(xiàn)在大多使用芯片級(jí)的CSP封裝，盡可能的提高散熱性能，同時(shí)保證最小的尺寸。

（3）成本控制

早期很多電子系統(tǒng)使用插件封裝，這幾年由于人工成本增加，很多公司開(kāi)始改用貼片封裝，雖然貼片的焊接成本比插件高，但是貼片焊接的自動(dòng)化程度高，總體成本仍然可以控制在合理的范圍。在臺(tái)式機(jī)主板、板卡等一些對(duì)成本極其敏感的應(yīng)用中，通常采用DPAK封裝的功率MOSFET，因?yàn)檫@種封裝的成本低。

因此在選擇功率MOSFET的封裝時(shí)，要結(jié)合自己公司的風(fēng)格和產(chǎn)品的特點(diǎn)，綜合考慮上面因素。

3、選取導(dǎo)通電阻RDSON，注意：不是電流

很多時(shí)候工程師關(guān)心RDSON，是因?yàn)镽DSON和導(dǎo)通損耗直接相關(guān)，RDSON越小，功率MOSFET的導(dǎo)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(xiàng)目中或物料庫(kù)中現(xiàn)有的元件，對(duì)于RDSON的真正的選取方法并沒(méi)有太多的考慮。當(dāng)選用的功率MOSFET的溫升太低，出于成本的考慮，會(huì)改用RDSON大一些的元件；當(dāng)功率MOSFET的溫升太高、系統(tǒng)的效率偏低，就會(huì)改用RDSON小一些的元件，或通過(guò)優(yōu)化外部的驅(qū)動(dòng)電路，改進(jìn)散熱的方式等來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

如果是一個(gè)全新的項(xiàng)目，沒(méi)有以前的項(xiàng)目可循，那么如何選取功率MOSFET的RDSON？這里介紹一個(gè)方法給大家：功耗分配法。

當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)電源系統(tǒng)的時(shí)候，已知條件有：輸入電壓范圍、輸出電壓/輸出電流、效率、工作頻率、驅(qū)動(dòng)電壓，當(dāng)然還有其他的技術(shù)指標(biāo)和功率MOSFET相關(guān)的主要是這些參數(shù)。步驟如下：

（1）根據(jù)輸入電壓范圍、輸出電壓/輸出電流、效率，計(jì)算系統(tǒng)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(tài)損耗，IC的靜態(tài)損耗以及驅(qū)動(dòng)損耗，做大致的估算，經(jīng)驗(yàn)值可以占總損耗的10%～15%。

如果功率回路有電流取樣電阻，計(jì)算電流取樣電阻的功耗?？倱p耗減去上面的這些損耗，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(shù)目平均分配，這樣就得到每個(gè)MOSFET的功率損耗。

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

（4）由MOSFET導(dǎo)通損耗和流過(guò)的有效值電流，計(jì)算最大允許的導(dǎo)通電阻，這個(gè)電阻是MOSFET在最高工作結(jié)溫的RDSON。

數(shù)據(jù)表中功率MOSFET的RDSON標(biāo)注有確定的測(cè)試條件，在不同的定義的條件下具有不同的值，測(cè)試的溫度為：TJ=25℃，RDSON具有正溫度系數(shù)，因此根據(jù)MOSFET最高的工作結(jié)溫和RDSON溫度系數(shù)，由上述RDSON計(jì)算值，得到25℃溫度下對(duì)應(yīng)的RDSON。

（5）由25℃的RDSON來(lái)選取型號(hào)合適的功率MOSFET，根據(jù)MOSFET的RDSON實(shí)際參數(shù)，向下或向上修整。

通過(guò)以上步驟，就初步選定功率MOSFET的型號(hào)和RDSON參數(shù)。

-END-

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