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利盈娱乐(le)教你正确选择MOS管重要的(de)一(yi)个环(huan)节，MOS管选择不(bu)好(hao)就可能影(ying)响到整个电路(lu)的(de)功率使用(yong)，会造成雪崩等(deng)原因，了解不(bu)同的(de)MOS管部件的(de)细微差(cha)别及不(bu)同开关电路(lu)中的(de)参数，我(wo)(wo)们(men)能够(gou)帮助工程师避免诸多问题，下面我(wo)(wo)们(men)来学习下MOS管的(de)正确的(de)选择方法(fa)。

第一步：选用P沟道(dao)还是N沟道(dao)

利盈娱乐半导体为(wei)企业选用(yong)正确元器件的(de)(de)第一(yi)步(bu)是(shi)决(jue)定(ding)采用(yong)N沟道(dao)还是(shi)P沟道(dao)MOS管(guan)(guan)。在(zai)(zai)典型的(de)(de)功(gong)率应用(yong)中，当一(yi)个(ge)MOS管(guan)(guan)接(jie)(jie)地，而(er)负(fu)(fu)载(zai)连接(jie)(jie)到干线(xian)电(dian)(dian)压(ya)上时(shi)，该MOS管(guan)(guan)就构成(cheng)了低(di)压(ya)侧(ce)开关(guan)。在(zai)(zai)低(di)压(ya)侧(ce)开关(guan)中，应采用(yong)N沟道(dao)MOS管(guan)(guan)，这是(shi)出(chu)于对关(guan)闭或导通器件所(suo)需电(dian)(dian)压(ya)的(de)(de)考(kao)虑。当MOS管(guan)(guan)连接(jie)(jie)到总(zong)线(xian)及(ji)负(fu)(fu)载(zai)接(jie)(jie)地时(shi)，就要用(yong)高(gao)压(ya)侧(ce)开关(guan)。通常会在(zai)(zai)这个(ge)拓(tuo)扑中采用(yong)P沟道(dao)MOS管(guan)(guan)，这也是(shi)出(chu)于对电(dian)(dian)压(ya)驱动(dong)的(de)(de)考(kao)虑。

要(yao)选择(ze)合(he)适的(de)(de)(de)应(ying)(ying)用(yong)元器件，必(bi)(bi)须(xu)确(que)(que)定驱动器件所需的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，以及在(zai)(zai)设计中最(zui)(zui)简易执行的(de)(de)(de)方法。下一步是(shi)确(que)(que)定所需的(de)(de)(de)额定电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，或者(zhe)器件所能(neng)承(cheng)受的(de)(de)(de)最(zui)(zui)大(da)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)。额定电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)越大(da)，器件的(de)(de)(de)成本就(jiu)越高。根据实践经验，额定电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)应(ying)(ying)当大(da)于干(gan)线(xian)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)或总(zong)线(xian)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)。这(zhei)样才(cai)能(neng)提供(gong)足(zu)够的(de)(de)(de)保护，使MOS管不(bu)会失效。就(jiu)选择(ze)MOS管而言，必(bi)(bi)须(xu)确(que)(que)定漏极至源(yuan)极间(jian)可能(neng)承(cheng)受的(de)(de)(de)最(zui)(zui)大(da)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，即最(zui)(zui)大(da)VDS。知(zhi)道MOS管能(neng)承(cheng)受的(de)(de)(de)最(zui)(zui)大(da)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)会随温度(du)而变(bian)化这(zhei)点十分(fen)重要(yao)。设计人员必(bi)(bi)须(xu)在(zai)(zai)整(zheng)个(ge)工(gong)作温度(du)范(fan)(fan)围(wei)内(nei)测(ce)试电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)的(de)(de)(de)变(bian)化范(fan)(fan)围(wei)。额定电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)必(bi)(bi)须(xu)有足(zu)够的(de)(de)(de)余量覆(fu)盖这(zhei)个(ge)变(bian)化范(fan)(fan)围(wei)，确(que)(que)保电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路不(bu)会失效。设计工(gong)程师(shi)需要(yao)考虑的(de)(de)(de)其他安全因素包括(kuo)由(you)开关电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子设备（如电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机或变(bian)压(ya)(ya)(ya)器）诱发的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)瞬(shun)变(bian)。不(bu)同应(ying)(ying)用(yong)的(de)(de)(de)额定电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)也有所不(bu)同；通常(chang)，便(bian)携式设备为20V、FPGA电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)为20～30V、85～220VAC应(ying)(ying)用(yong)为450～600V。

第二步(bu)：确定额定电流

选(xuan)(xuan)择MOS管(guan)的(de)额定电(dian)流(liu)(liu)。视电(dian)路结构而定，该(gai)额定电(dian)流(liu)(liu)应(ying)是(shi)负载在所有情况(kuang)下(xia)能(neng)够(gou)承(cheng)受的(de)最大(da)电(dian)流(liu)(liu)。与电(dian)压的(de)情况(kuang)相似，设计人员(yuan)必须确保所选(xuan)(xuan)的(de)MOS管(guan)能(neng)承(cheng)受这(zhei)个(ge)额定电(dian)流(liu)(liu)，即使在系统产生尖峰(feng)电(dian)流(liu)(liu)时。两(liang)个(ge)考虑的(de)电(dian)流(liu)(liu)情况(kuang)是(shi)连续模(mo)式和(he)脉冲(chong)尖峰(feng)。在连续导通模(mo)式下(xia)，MOS管(guan)处于稳(wen)态，此(ci)时电(dian)流(liu)(liu)连续通过器(qi)件(jian)。脉冲(chong)尖峰(feng)是(shi)指有大(da)量电(dian)涌（或尖峰(feng)电(dian)流(liu)(liu)）流(liu)(liu)过器(qi)件(jian)。一旦(dan)确定了(le)这(zhei)些条(tiao)件(jian)下(xia)的(de)最大(da)电(dian)流(liu)(liu)，只需(xu)直(zhi)接选(xuan)(xuan)择能(neng)承(cheng)受这(zhei)个(ge)最大(da)电(dian)流(liu)(liu)的(de)器(qi)件(jian)便可。

选好(hao)额定电(dian)(dian)流后，还(hai)必(bi)须计算(suan)导(dao)通(tong)(tong)损(sun)耗。在(zai)实际(ji)情况下(xia)，MOS管(guan)并不是(shi)(shi)理想的(de)(de)(de)器件(jian)(jian)，因为在(zai)导(dao)电(dian)(dian)过程(cheng)中(zhong)(zhong)会(hui)有电(dian)(dian)能损(sun)耗，这(zhei)称之(zhi)为导(dao)通(tong)(tong)损(sun)耗。MOS管(guan)在(zai)“导(dao)通(tong)(tong)”时(shi)就像(xiang)一(yi)个可(ke)(ke)变(bian)电(dian)(dian)阻(zu)，由器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)RDS（ON）所(suo)确定，并随温(wen)度(du)而(er)(er)显著变(bian)化。器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)功率(lv)耗损(sun)可(ke)(ke)由Iload2×RDS（ON）计算(suan)，由于导(dao)通(tong)(tong)电(dian)(dian)阻(zu)随温(wen)度(du)变(bian)化，因此功率(lv)耗损(sun)也(ye)会(hui)随之(zhi)按比例变(bian)化。对(dui)MOS管(guan)施加的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)VGS越高，RDS（ON）就会(hui)越小；反之(zhi)RDS（ON）就会(hui)越高。对(dui)系统(tong)(tong)设计人员来说，这(zhei)就是(shi)(shi)取决于系统(tong)(tong)电(dian)(dian)压(ya)而(er)(er)需要折中(zhong)(zhong)权衡的(de)(de)(de)地(di)方。对(dui)便携式设计来说，采用较(jiao)低的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)比较(jiao)容易(yi)（较(jiao)为普遍），而(er)(er)对(dui)于工业(ye)设计，可(ke)(ke)采用较(jiao)高的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)。注意RDS（ON）电(dian)(dian)阻(zu)会(hui)随着电(dian)(dian)流轻微(wei)上(shang)升。关(guan)于RDS（ON）电(dian)(dian)阻(zu)的(de)(de)(de)各种电(dian)(dian)气参数(shu)变(bian)化可(ke)(ke)在(zai)制(zhi)造商提供的(de)(de)(de)技术资料(liao)表中(zhong)(zhong)查到。

技术(shu)对(dui)器件(jian)的(de)特性有(you)(you)着(zhe)重大(da)(da)(da)影(ying)响，因(yin)为有(you)(you)些技术(shu)在提高最(zui)大(da)(da)(da)VDS时往往会使RDS（ON）增(zeng)大(da)(da)(da)。对(dui)于这样的(de)技术(shu)，如果(guo)打(da)算降低VDS和(he)RDS（ON），那(nei)么就得增(zeng)加(jia)(jia)晶片尺(chi)寸(cun)，从(cong)而增(zeng)加(jia)(jia)与之配套的(de)封装尺(chi)寸(cun)及相(xiang)关(guan)的(de)开发成本。业界现(xian)有(you)(you)好几种试图控制晶片尺(chi)寸(cun)增(zeng)加(jia)(jia)的(de)技术(shu)，其中最(zui)主要的(de)是沟道(dao)和(he)电(dian)荷(he)平衡技术(shu)。

在(zai)沟道(dao)技术中，晶片(pian)中嵌入了(le)(le)一个深沟，通常(chang)是为低电压(ya)预留的(de)(de)(de)，用(yong)于(yu)降低导通电阻RDS（ON）。为了(le)(le)减少最大(da)VDS对RDS（ON）的(de)(de)(de)影响，开(kai)发过(guo)程中采用(yong)了(le)(le)外延生长柱(zhu)/蚀刻柱(zhu)工艺(yi)(yi)。例如，飞(fei)兆半导体开(kai)发了(le)(le)称为SupeRFET的(de)(de)(de)技术，针(zhen)对RDS（ON）的(de)(de)(de)降低而(er)增(zeng)加(jia)了(le)(le)额外的(de)(de)(de)制造步骤。这种对RDS（ON）的(de)(de)(de)关(guan)注十分重要，因为当标(biao)准MOSFET的(de)(de)(de)击穿(chuan)电压(ya)升高时，RDS（ON）会(hui)随(sui)之(zhi)呈指(zhi)数级增(zeng)加(jia)，并且导致(zhi)晶片(pian)尺(chi)寸增(zeng)大(da)。SuperFET工艺(yi)(yi)将RDS（ON）与晶片(pian)尺(chi)寸间的(de)(de)(de)指(zhi)数关(guan)系变成了(le)(le)线性关(guan)系。这样，SuperFET器件便可在(zai)小晶片(pian)尺(chi)寸，甚(shen)至在(zai)击穿(chuan)电压(ya)达(da)到600V的(de)(de)(de)情况下，实现理想的(de)(de)(de)低RDS（ON）。结果是晶片(pian)尺(chi)寸可减小达(da)35%。而(er)对于(yu)最终(zhong)用(yong)户来说，这意味(wei)着封装尺(chi)寸的(de)(de)(de)大(da)幅(fu)减小。

第(di)三步：确定散热要求

选择MOS管的(de)(de)下一步(bu)是(shi)计(ji)算(suan)系(xi)统的(de)(de)散热要求(qiu)。设计(ji)人员必须考(kao)虑两种不同的(de)(de)情况(kuang)，即最(zui)(zui)(zui)坏情况(kuang)和真实情况(kuang)。建(jian)议采用针对(dui)最(zui)(zui)(zui)坏情况(kuang)的(de)(de)计(ji)算(suan)结果，因为这个(ge)结果提(ti)供更大的(de)(de)安全(quan)余(yu)量(liang)，能确保系(xi)统不会失效。在(zai)MOS管的(de)(de)资料表上还(hai)有一些需(xu)要注意的(de)(de)测量(liang)数(shu)据；比如封(feng)装器件的(de)(de)半导体结与环境之间的(de)(de)热阻(zu)，以及(ji)最(zui)(zui)(zui)大的(de)(de)结温(wen)。

元器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)结温(wen)等于(yu)最(zui)大(da)环境(jing)温(wen)度(du)加上热阻与功(gong)率耗散的(de)(de)乘积（结温(wen)=最(zui)大(da)环境(jing)温(wen)度(du)+［热阻×功(gong)率耗散］）。根据这(zhei)个方(fang)程(cheng)可(ke)解出(chu)系统的(de)(de)最(zui)大(da)功(gong)率耗散，即按(an)定义(yi)相等于(yu)I2×RDS（ON）。由于(yu)设计(ji)人员(yuan)已确定将要通过器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)最(zui)大(da)电流，因此(ci)可(ke)以计(ji)算(suan)出(chu)不同温(wen)度(du)下(xia)的(de)(de)RDS（ON）。值得注(zhu)意(yi)的(de)(de)是(shi)，在处理简单热模型时，设计(ji)人员(yuan)还必须(xu)考虑(lv)半导体结/器(qi)件(jian)(jian)外壳(qiao)(qiao)及外壳(qiao)(qiao)/环境(jing)的(de)(de)热容(rong)量；即要求印刷电路板和封(feng)装不会立即升温(wen)。

雪崩(beng)击穿是(shi)(shi)指半(ban)导体器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)上的(de)(de)(de)反向(xiang)电(dian)压(ya)超过最大值，并形成强电(dian)场使器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)内电(dian)流(liu)增加。该电(dian)流(liu)将耗散功率，使器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de)温度升高(gao)，而(er)且(qie)有(you)可能损坏器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)。半(ban)导体公(gong)司都(dou)会对器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)进(jin)行雪崩(beng)测(ce)试，计(ji)算(suan)(suan)(suan)其(qi)雪崩(beng)电(dian)压(ya)，或对器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de)稳健性(xing)进(jin)行测(ce)试。计(ji)算(suan)(suan)(suan)额定雪崩(beng)电(dian)压(ya)有(you)两(liang)种方法；一(yi)是(shi)(shi)统计(ji)法，另一(yi)是(shi)(shi)热计(ji)算(suan)(suan)(suan)。而(er)热计(ji)算(suan)(suan)(suan)因为较(jiao)为实用而(er)得到广泛采(cai)用。除计(ji)算(suan)(suan)(suan)外，技术对雪崩(beng)效应也(ye)有(you)很大影(ying)响(xiang)。例如，晶片尺寸的(de)(de)(de)增加会提(ti)高(gao)抗雪崩(beng)能力，最终(zhong)提(ti)高(gao)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de)稳健性(xing)。对最终(zhong)用户(hu)而(er)言，这意味着要(yao)在(zai)系统中采(cai)用更大的(de)(de)(de)封装件(jian)。

第(di)四步：开关性能

选择MOS管(guan)的(de)(de)(de)最(zui)后(hou)一步是(shi)决(jue)定MOS管(guan)的(de)(de)(de)开(kai)关(guan)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。影响开(kai)关(guan)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)参数有很多，但最(zui)重要(yao)的(de)(de)(de)是(shi)栅(zha)极(ji)(ji)/漏(lou)极(ji)(ji)、栅(zha)极(ji)(ji)/ 源极(ji)(ji)及漏(lou)极(ji)(ji)/源极(ji)(ji)电容。这(zhei)些电容会在器(qi)件中产生开(kai)关(guan)损耗，因为在每次开(kai)关(guan)时都要(yao)对(dui)它们充电。MOS管(guan)的(de)(de)(de)开(kai)关(guan)速度因此被降低，器(qi)件效(xiao)率也下降。为计算开(kai)关(guan)过(guo)程(cheng)(cheng)中器(qi)件的(de)(de)(de)总(zong)损耗，设(she)计人(ren)员(yuan)必须计算开(kai)通过(guo)程(cheng)(cheng)中的(de)(de)(de)损耗（Eon）和(he)关(guan)闭过(guo)程(cheng)(cheng)中的(de)(de)(de)损耗（Eoff）。MOSFET开(kai)关(guan)的(de)(de)(de)总(zong)功(gong)率可用(yong)如下方程(cheng)(cheng)表达：Psw=（Eon+Eoff）×开(kai)关(guan)频率。而(er)栅(zha)极(ji)(ji)电荷(he)（Qgd）对(dui)开(kai)关(guan)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)影响最(zui)大。

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