教你如何轻松选择适合的MOSFET器件
教你如何轻松选择适合的MOSFET器件
在电子设计的世界里，MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是工程师们日常工作中不可或缺的器件。然而，面对市场上琳琅满目的MOSFET产品，如何才能做出明智的选型决策呢？本文将为您揭示MOSFET器件选型的三大关键法则，助您在选型之路上更加从容不迫。
1. 功率MOSFET选型起点：选择N管还是P管？
在系统设计时，首要任务是确定选用N沟道还是P沟道的功率MOSFET。这两种类型的MOSFET各有特点，选择时需根据实际应用来定。通常，N沟道MOSFET的型号选择更多，成本也更为亲民。而P沟道MOSFET虽然型号选择较少，但其成本相对较高。
此外，驱动方式也是选型时需要考虑的因素。若功率MOSFET的S极连接端的电压与系统参考地不一致，N沟道MOSFET需要采用浮地供电电源驱动、变压器驱动或自举驱动，这些驱动电路相对复杂。相比之下，P沟道MOSFET则可以直接驱动，驱动电路更为简洁。
在考虑N沟道和P沟道的应用时，我们需要注意以下几点：
（1）对于笔记本电脑、台式机和服务器等设备中，用于驱动CPU和系统散热风扇的电机，以及打印机进纸系统中的电机驱动，还有吸尘器、空气净化器和电风扇等家电的电机控制电路，这些系统通常采用全桥电路结构。在每个桥臂的上管位置，既可以选择使用P管，也可以选择使用N管。
（2）在通信系统的48V输入系统中，热插拨MOSFET通常放置在高端位置，同样，这里既可以使用P管，也可以选择N管。
（3）对于笔记本电脑输入回路中串联的、起防反接和负载开关作用的两个背靠背的功率MOSFET，若选用N沟道则需配备控制芯片内部集成的驱动充电泵，而选择P沟道则可直接驱动。
2. 选取封装类型
在确定了功率MOSFET的沟道类型后，下一步便是选择适当的封装。封装的选择需遵循以下原则：
（1）温升与热设计
不同尺寸的封装具有不同的热阻和耗散功率。因此，在考虑系统的散热条件、环境温度以及是否有风冷、散热器形状和大小限制等因素后，我们的目标是选取能够确保功率MOSFET温升和系统效率的通用性封装。在某些情况下，为了解决散热问题，可能会采用多个MOSFET并联的方式，特别是在PFC应用、电动汽车电机控制器以及通信系统的模块电源次级同步整流中。
（2）系统尺寸限制
某些电子系统受到PCB尺寸和内部高度的严格限制。例如，通信系统的模块电源通常采用DFN56或DFN33的封装以适应高度限制。同样，在ACDC电源中，由于外壳或超薄设计的限制，可能无法使用TO247封装。此外，某些超薄设计需要将器件管脚折弯平放，这虽然增加了生产工序的复杂性，但也是为了适应尺寸限制。
（3）成本控制
随着人工成本的增加，许多公司已开始从插件封装转向贴片封装。尽管贴片封装的焊接成本略高，但其高度的自动化程度使得总体成本仍然可控。在台式机主板、板卡等成本敏感的应用中，DPAK封装的功率MOSFET因其低成本而受到青睐。
因此，在选择功率MOSFET的封装时，需综合考虑公司风格、产品特性以及前述提及的多个因素。
3. 选取导通电阻RDSON，注意：不是电流
在功率MOSFET的封装选择中，导通电阻RDSON是一个关键参数。工程师们往往关注RDSON，因为它直接关系到功率MOSFET的导通损耗。较小的RDSON意味着更低的导通损耗、更高的效率以及更低的温升。
然而，在实际操作中，工程师们可能会忽视对RDSON的真正选取方法的考虑。他们可能会出于成本考虑，在温升较低时选择RDSON较大的元件，或在温升过高、效率偏低时改用RDSON较小的元件，并通过优化外部驱动电路和改进散热方式来调整。
对于全新项目，缺乏以往项目经验的情况，如何选取功率MOSFET的RDSON呢？这里介绍一种实用的方法——功耗分配法。该方法基于电源系统的已知条件，如输入电压范围、输出电压/电流、效率、工作频率和驱动电压等，通过一系列的计算和估算，最终确定每个MOSFET的功率损耗，并进一步计算其最大允许的导通电阻RDSON。
功率MOSFET的数据表中，RDSON的标注通常会明确指出测试条件。值得注意的是，在不同的定义下，RDSON的值会有所不同。通常，这些测试是在TJ=25℃的条件下进行的，并且RDSON呈现出正温度系数。因此，在考虑MOSFET的最高工作结温和RDSON的温度系数后，我们可以根据上述计算出的RDSON值，推算出25℃时的对应RDSON。
接下来，我们可以依据25℃时的RDSON来选择合适的功率MOSFET型号。在实际操作中，可能需要根据MOSFET的实际RDSON参数进行微调，选择更接近实际需求的型号。完成这些步骤后，我们就可以初步确定功率MOSFET的型号和RDSON参数。