8要点掌握场效应管MOSFET的型号选择

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什么是MOSFET?

场效应管(MOSFET)也叫场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力，而且具备输入电阻高、噪声小、功耗低、驱动功率小、开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点，MOSFET在组合逻辑电路、放大器、电源管理、测量仪器等领域应用广泛。MOSFET按导电沟道可分为 P 沟道和 N 沟道，同时又有耗尽型和增强型之分，目前市场主要应用 N 沟道增强型。

MOSFET经历了3次器件结构上的技术革新：沟槽型、超级结、屏蔽栅。每一次器件结构的进化，在某些单项技术指标上产品性能得到质的飞跃，大幅拓宽产品的应用领域。

（1）平面型功率MOSFET：诞生于1970s，具备易于驱动，工作效率高的优点，但芯片面积相对较大，损耗较高。

（2）沟槽型功率MOSFET：诞生于1980s，易于驱动，工作效率高，热稳定性好，损耗低，但耐压低。

（3）超结功率MOSFET：诞生于1990s，易于驱动，频率超高、损耗极低，最新一代功率器件。

（4）屏蔽栅功率MOSFET：诞生于2000s，打破了硅材料极限，大幅降低了器件的导通电阻和开关损耗。

MOSFET可广泛应用在电源、网通、通信、安防、马达驱动、工业控制、汽车电子、医疗设备、照明、HID电子镇流器、隔离器、充电器、消费电子、电脑及周边等电子产品和应用领域。拓墣产业研究院发布了一份关于MOSFET市场的研究，认为随着市场需求的提升，2022年整体MOSFET市场规模首度达到100亿美元。

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MOSFET主要参数和选型

MOSFET的主要参数有Id（最大漏源电流）,Idm（最大脉冲漏源电流），Vgs（最大栅源电压）,V（BR）DSS（漏源击穿电压）,Rds(on)（导通电阻） ,Vth（阈值电压）等。在做器件选型时，主要从以下几个方面考虑：

1、是N-MOS还是P-MOS：N-MOS性价比高

• 从电路结构上看，低压侧开关选N-MOS，高压侧开关选P-MOS；

• 从成本和便利性上看，N沟道MOSFET选择的型号多，物料成本低；P沟道MOSFET选择的型号较少，物料成本高；

• 从性能上看，NMOS导通电阻小，发热量更低，允许通过的电流大，应用场景也更广泛，正激，反激、推挽、半桥、全桥等拓扑电路都能应用；

2、选取封装类型：SMT器件生产效率高

• 温升和热设计是选取封装最基本的要求，基本原则就是在保证MOSFET的温升和系统效率的前提下，选取参数和封装更通用的型号；

• 系统的结构尺寸限制；

• 功耗或散热方面的需求；

• 生产、装配、维修的效率和便利性；

3、选取耐压BVdss：预留足够的余量

• 产品的额定电压是固定的，MOSFET的耐压选取也就比较容易，由于BVdss具有正温度系数，在实际的应用中要结合这些因素综合考虑。

  
  

• VDS中的最高尖峰电压如果大于BVdss，即便这个尖峰脉冲电压的持续只有几个或几十个ns，MOSFET管也会进入雪崩击穿状态而发生损坏。

  
  

• 因此MOSFET管的雪崩电压通常发生在1.2～1.3倍的BVDSS，而且持续的时间通常都是μs、甚至ms级，因此在选择BVdss时需要留有足够的余量。

4、选取Id电流：预留足够的余量

• Id电流代表MOSFET能流过的最大电流，反映带负载能力，超过这个值可能会因为超负荷导致MOSFET损坏。

  
  

• Id电流参数选择时，需要考虑连续工作电流和电涌带来的尖峰电流，确保MOSFET能够承受最大的电流值。

  
  

• Id电流具有负温度系数，电流值会随着结温度升高而降低，因此应用时需要考虑的其在高温时的 Id值能否符合要求。

5、选取栅极阈值电压Vth：需结合电路需求选择

• Vth是指当源极与漏极之间有指定电流时，栅极使用的电压；

  
  

• Vth具有负温度系数，选择参数时需要考虑。

  
  

• 不同电子系统选取MOSFET管的阈值电压Vth并不相同，需要根据系统的驱动电压，选取合适阈值电压的MOSFET管。

  
  

• 阈值电压越高抗干扰性能越强，可以减少尖峰脉冲造成的电路误触发。

6、选取导通电阻Rds（on）：越低越好

• Rds（on）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、工作温升越低。

  
  

• Rds（on）时正温度系数，会随着MOSFET温度升高而变大，也就是Rds（on）电阻值会随着电流增大轻微上升，因此选择时需要留有余量。

  
  

• Rds（on）低的MOSFET通常成本比较高，可以通过优化驱动电路，改进散热等方式，选用Rds（on）较大一些的的低成本器件。

7、选取寄生电容/栅电荷：Ciss、Coss、Crss；Qg、Qgd、Qoss：越小越好

• 影响开关性能参数，最重要的是Ciss、Coss和Crss的电容，这些电容在工作时重复充放电产生开关损耗，导致MOSFET开关速度下降，效率降低。

  
  

• 栅电荷反映存储在端子间的电荷，在开关电路工作时，电容上的电荷会随着电压变化，因此设计栅极驱动电路时需要考虑栅极电荷的影响。

8、热设计：按照最坏情况来设计

• 确保MOSFET工作在开关状态，关注封装的半导体结与环境之间的热阻，以及最高的结温。

  
  

• 设计人员需充分考虑最坏情况和真实情况，建议采用针对最坏情况的计算结果，确保系统不会失效。

  
  

• 如果系统允许，尽量加大散热器尺寸和选用更好的散热方式，提升系统工作稳定性。

9、其他：

MOSFET选型时还需要关注开关时间（ton、toff）、内部寄生二极管、低频跨导 gm等参数。

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