MOSFET器件选型的3大法则，教你成为器件选型大师
来源:宽禁带半导体技术创新联盟发布时间:2022-04-151558浏览
询问 AI 俗话说“人无远虑必有近忧”，对于电子设计工程师，在项目开始之前，器件选型之初，就要做好充分考虑，选择最适合自己需要的器件，才能保证项目的成功。功率MOSFET恐怕是工程师们最常用的器件之一了，但你知道吗？关于MOSFET的器件选型要考虑方方面面的因素，小到选N型还是P型、封装类型，大到MOSFET的耐压、导通电阻等，不同的应用需求千变万化，下面这篇文章总结了MOSFET器件选型的10步法则，相信看完你会大有收获。1、功率MOSFET选型第一步：P管，还是N管？功率MOSFET有两种类型：N沟道和P沟道，在系统设计的过程中选择N管还是P管，要针对实际的应用具体来选择，N沟道MOSFET选择的型号多，成本低；P沟道MOSFET选择的型号较少，成本高。如果功率MOSFET的S极连接端的电压不是系统的参考地，N沟道就需要浮地供电电源驱动、变压器驱动或自举驱动，驱动电路复杂；P沟道可以直接驱动，驱动简单。需要考虑N沟道和P沟道的应用主要有：（1）笔记本电脑、台式机和服务器等使用的给CPU和系统散热的风扇，打印机进纸系统电机驱动，吸尘器、空气净化器、电风扇等家电的电机控制电路，这些系统使用全桥电路结构，每个桥臂上管可以使用P管，也可以使用N管。（2）通信系统48V输入系统的热插拨MOSFET放在高端，可以使用P管，也可以使用N管。（3）笔记本电脑输入回路串联的、起防反接和负载开关作用的二个背靠背的功率MOSFET，使用N沟道需要控制芯片内部集成驱动的充电泵，使用P沟道可以直接驱动。
2、选取封装类型功率MOSFET的沟道类型确定后，第二步就要确定封装，封装选取原则有：（1）温升和热设计是选取封装最基本的要求不同的封装尺寸具有不同的热阻和耗散功率，除了考虑系统的散热条件和环境温度，如是否有风冷、散热器的形状和大小限制、环境是否封闭等因素，基本原则就是在保证功率MOSFET的温升和系统效率的前提下，选取参数和封装更通用的功率MOSFET。有时候由于其他条件的限制，需要使用多个MOSFET并联的方式来解决散热的问题，如在PFC应用、电动汽车电机控制器、通信系统的模块电源次级同步整流等应用中，都会选取多管并联的方式。如果不能采用多管并联，除了选取性能更优异的功率MOSFET，另外可以采用更大尺寸的封装或新型封装，例如在一些AC/DC电源中将TO220改成TO247封装；在一些通信系统的电源中，采用DFN8*8的新型封装。（2）系统的尺寸限制有些电子系统受制于PCB的尺寸和内部的高度，如通信系统的模块电源由于高度的限制通常采用DFN5*6、DFN3*3的封装；在有些ACDC的电源中，使用超薄设计或由于外壳的限制，装配时TO220封装的功率MOSFET管脚直接插到根部，高度的限制不能使用TO247的封装。有些超薄设计直接将器件管脚折弯平放，这种设计生产工序会变复杂。在大容量的锂电池保护板的设计中，由于尺寸限制极为苛刻，现在大多使用芯片级的CSP封装，尽可能的提高散热性能，同时保证最小的尺寸。（3）成本控制早期很多电子系统使用插件封装，这几年由于人工成本增加，很多公司开始改用贴片封装，虽然贴片的焊接成本比插件高，但是贴片焊接的自动化程度高，总体成本仍然可以控制在合理的范围。在台式机主板、板卡等一些对成本极其敏感的应用中，通常采用DPAK封装的功率MOSFET，因为这种封装的成本低。因此在选择功率MOSFET的封装时，要结合自己公司的风格和产品的特点，综合考虑上面因素。3、选取导通电阻RDSON，注意：不是电流很多时候工程师关心RDSON，是因为RDSON和导通损耗直接相关，RDSON越小，功率MOSFET的导通损耗越小、效率越高、温升越低。同样的，工程师尽可能沿用以前项目中或物料库中现有的元件，对于RDSON的真正的选取方法并没有太多的考虑。当选用的功率MOSFET的温升太低，出于成本的考虑，会改用RDSON大一些的元件；当功率MOSFET的温升太高、系统的效率偏低，就会改用RDSON小一些的元件，或通过优化外部的驱动电路，改进散热的方式等来进行调整。如果是一个全新的项目，没有以前的项目可循，那么如何选取功率MOSFET的RDSON？这里介绍一个方法给大家：功耗分配法。当设计一个电源系统的时候，已知条件有：输入电压范围、输出电压/输出电流、效率、工作频率、驱动电压，当然还有其他的技术指标和功率MOSFET相关的主要是这些参数。步骤如下：（1）根据输入电压范围、输出电压/输出电流、效率，计算系统的最大损耗。（2）功率回路的杂散损耗，非功率回路元件的静态损耗，IC的静态损耗以及驱动损耗，做大致的估算，经验值可以占总损耗的10%～15%。如果功率回路有电流取样电阻，计算电流取样电阻的功耗。总损耗减去上面的这些损耗，剩下部分就是功率器件、变压器或电感的功率损耗。将剩下的功率损耗按一定的比例分配到功率器件和变压器或电感中，不确定的话，按元件数目平均分配，这样就得到每个MOSFET的功率损耗。（3）将MOSFET的功率损耗，按一定的比例分配给开关损耗和导通损耗，不确定的话，平均分配开关损耗和导通损耗。（4）由MOSFET导通损耗和流过的有效值电流，计算最大允许的导通电阻，这个电阻是MOSFET在最高工作结温的RDSON。数据表中功率MOSFET的RDSON标注有确定的测试条件，在不同的定义的条件下具有不同的值，测试的温度为：TJ=25℃，RDSON具有正温度系数，因此根据MOSFET最高的工作结温和RDSON温度系数，由上述RDSON计算值，得到25℃温度下对应的RDSON。（5）由25℃的RDSON来选取型号合适的功率MOSFET，根据MOSFET的RDSON实际参数，向下或向上修整。通过以上步骤，就初步选定功率MOSFET的型号和RDSON参数。
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