功率 MOSFET 恐怕是工程師們常用的器件之一了。然而，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，下面將詳細(xì)總結(jié) MOSFET 器件選型的三大法則，相信看完會讓你大有收獲。
功率 MOSFET 有兩種類型：N 溝道和 P 溝道。在系統(tǒng)設(shè)計的過程中選擇 N 管還是 P 管，要針對實(shí)際的應(yīng)用具體來選擇。N 溝道 MOSFET 選擇的型號多，成本低；P 溝道 MOSFET 選擇的型號較少，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、變壓器驅(qū)動或自舉驅(qū)動，驅(qū)動電路復(fù)雜；P 溝道可以直接驅(qū)動，驅(qū)動簡單。
需要考慮 N 溝道和 P 溝道的應(yīng)用主要有：
- 筆記本電腦、臺式機(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，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)，每個橋臂上管可以使用 P 管，也可以使用 N 管。
- 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。
- 筆記本電腦輸入回路串聯(lián)的、起防反接和負(fù)載開關(guān)作用的二個背靠背的功率 MOSFET，使用 N 溝道需要控制芯片內(nèi)部集成驅(qū)動的充電泵，使用 P 溝道可以直接驅(qū)動。
功率 MOSFET 的溝道類型確定后，第二步就要確定封裝，封裝選取原則有以下幾點(diǎn)：
- 溫升和熱設(shè)計：這是選取封裝基本的要求。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。有時候由于其他條件的限制，需要使用多個 MOSFET 并聯(lián)的方式來解決散熱的問題，如在 PFC 應(yīng)用、電動汽車電機(jī)控制器、通信系統(tǒng)的模塊電源次級同步整流等應(yīng)用中，都會選取多管并聯(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。
- 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 DFN56、DFN33 的封裝；在有些 ACDC 的電源中，使用超薄設(shè)計或由于外殼的限制，裝配時 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)計直接將器件管腳折彎平放，這種設(shè)計生產(chǎn)工序會變復(fù)雜。在大容量的鋰電池保護(hù)板的設(shè)計中，由于尺寸限制極為苛刻，現(xiàn)在大多使用芯片級的 CSP 封裝，盡可能的提高散熱性能，同時保證的尺寸。
- 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化程度高，總體成本仍然可以控制在合理的范圍。在臺式機(jī)主板、板卡等一些對成本極其敏感的應(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，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。
很多時候工程師關(guān)心 RDSON，是因?yàn)?RDSON 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)目中或物料庫中現(xiàn)有的元件，對于 RDSON 的真正的選取方法并沒有太多的考慮。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，就會改用 RDSON 小一些的元件，或通過優(yōu)化外部的驅(qū)動電路，改進(jìn)散熱的方式等來進(jìn)行調(diào)整。
如果是一個全新的項(xiàng)目，沒有以前的項(xiàng)目可循，那么如何選取功率 MOSFET 的 RDSON？這里介紹一個方法給大家：功耗分配法。
當(dāng)設(shè)計一個電源系統(tǒng)的時候，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：
- 根據(jù)輸入電壓范圍、輸出電壓 / 輸出電流、效率，計算系統(tǒng)的損耗。
- 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，計算電流取樣電阻的功耗。總損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 MOSFET 的功率損耗。
- 將 MOSFET 的功率損耗，按一定的比例分配給開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，不確定的話，平均分配開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。
- 由 MOSFET 導(dǎo)通損耗和流過的有效值電流，計算允許的導(dǎo)通電阻，這個電阻是 MOSFET 在工作結(jié)溫的 RDSON。數(shù)據(jù)表中功率 MOSFET 的 RDSON 標(biāo)注有確定的測試條件，在不同的定義的條件下具有不同的值，測試的溫度為：TJ=25℃，RDSON 具有正溫度系數(shù)，因此根據(jù) MOSFET 的工作結(jié)溫和 RDSON 溫度系數(shù)，由上述 RDSON 計算值，得到 25℃溫度下對應(yīng)的 RDSON。
- 由 25℃的 RDSON 來選取型號合適的功率 MOSFET，根據(jù) MOSFET 的 RDSON 實(shí)際參數(shù)，向下或向上修整。
綜上所述，在進(jìn)行 MOSFET 器件選型時，需要綜合考慮 P 管還是 N 管的選擇、封裝類型的選取以及導(dǎo)通電阻 RDSON 的確定這三大法則，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求和系統(tǒng)特點(diǎn)，做出為合適的選擇，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。
