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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。, u& ]! |3 B) n& G: B. q
1 y, [2 y$ f H" B8 I) Y1、功率MOSFET选型第一步：P管，还是N管？
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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。7 s- a& _" Y# ~1 k
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。" @5 V. O) f- d
需要考虑N沟道和P沟道的应用主要有：" O( W+ ?# }3 J% W9 [
（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。
. }' ]; E) Z5 I6 ?$ |# f（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。
8 X9 w' ` v! @1 C+ q6 S1 b（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。5 [- t; r8 I/ ?
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4 O/ e2 t; d6 q, `2 A- Y2、选取封装类型
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1 i! L8 C/ F" D: ?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：
* {! }3 a' X8 C0 t# G) \, k' G X（1）温升和热设计是选取封装最基本的要求/ s0 I* A" F1 F# k8 D- y* F
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。
2 F: ?3 U/ [1 {5 g; h# U: r* N) _ T. D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。
: w/ d& N' F* y' d4 U; w! D: h) G6 D# N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。
& ]- ?6 Q1 Z* o, n（2）系统的尺寸限制3 `; n8 M) b4 A; E( ~( M
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。+ E+ s5 m4 m9 P, {" w4 b
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。
2 y3 F( j( e5 A w* A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。
1 e0 K: R; E: ]$ _0 {0 d+ q（3）成本控制
' T* ^9 b9 ?$ |2 {5 x- h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。
% J& W! h `, B* R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。
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, X/ \! F6 O# Z% [3、选取导通电阻RDSON，注意：不是电流
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, o- |- _8 B6 ~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。3 b: b- `; U1 Z" d& B
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。3 F* l! k. K) e4 p1 Y3 r
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。2 e1 |2 s1 E9 ]" m+ z
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：/ u O2 }* I( I9 S0 A5 J( p
（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。
; r& U; a$ S$ ~（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%。
% N/ n# c) `0 s7 a. z/ _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。
6 x' A# A$ d7 t0 }7 m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。
6 R/ z* A" c4 A, ~7 u5 x; H3 y（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。
; X: ^+ h6 ?+ a2 P（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。
2 h4 M" M% M" I- ~0 ~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。7 U+ f- C/ b7 s/ v. ~
（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。) s) r) k8 b( J: z D
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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发表于 2022-6-20 14:46
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