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提升电路性能：如何正确选择MOS管-阻容1号

正确挑选MOS管对于电路设计的成功至关重要。选用合适的MOS管可确保电路在功率和成本方面得到优化。了解不同MOS管器件之间的微小差异以及在不同开关电路中的应力条件可以帮助工程师避免许多问题。下面是一个正确选择MOS管的过程：

第一步：选择N沟道或P沟道

正确选型的第一步是决定使用N沟道还是P沟道的MOS管。在典型的功率应用中，当一个MOS管接地，负载连接到干线电压上时，该MOS管构成了低侧开关。在低侧开关中，应选择N沟道MOS管，这是考虑到关闭或导通器件所需的电压。当MOS管连接到总线和负载接地时，需要高侧开关。通常在这种拓扑中选择P沟道MOS管，这是基于电压驱动的考虑。 

要选择适合应用的器件，需要确定驱动电路所需的电压以及在设计中最简化的实现方法。接下来是确定所需的额外电压或器件可以接受的最大电压。额外电压越大，器件的成本越高。根据实践经验，额外电压应大于干线电压或总线电压，这样才能提供足够的裕量以确保MOS管不会失效。在选择MOS管时，需要确定漏极到源极之间可以承受的最大电压，即最大的漏源电压（VDS）。了解MOS管可以承受的最大电压会随着温度变化而改变是非常重要的。设计人员需要在整个工作温度范围内测试电压变化的范围。额外电压需要有足够的余量来覆盖这种变化范围，以确保电路不会失效。其他安全因素，如开关电子设备（如电机或变压器）引起的电压瞬变，也需要考虑在内。不同应用的额外电压要求也有所不同，一般便携设备为20V，FPGA电源为20-30V，85-220VAC应用为450-600V。

第二步：确定额定电流

根据电路结构，额定电流应是负载在所有情况下可以承受的最大电流。与电压情况类似，设计人员需要确保所选的MOS管可以接受这个额定电流，即使在系统发生峰值电流时也能够正常工作。两种考虑的电流情况是连续导通态和脉冲峰值态。在连续导通态下，MOS管处于稳态，此时电流持续通过器件。脉冲峰值指的是大量电流突然流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流，只需选择能够承受这个最大电流的器件即可。

在选择额定电流后，还需要考虑导通损耗。在实际情况下，MOS管不是理想的器件，因为在导通过程中会有电能损耗，这称为导通损耗。MOS管在"导通"状态下就像一个可变电阻，由器件的漏源电阻（RDS(ON)）确定，并且随着温度的变化而显著改变。器件的功率耗散可以通过计算Iload^2 * RDS(ON)来估算，由于漏源电阻随温度变化，功耗也会相应地改变。漏极至源极之间施加的电压(VGS)越高，RDS(ON)就越小；反之，RDS(ON)就越大。对于系统设计人员来说，这需要在系统电压范围内进行权衡。对于便携设备的设计，选择较低的电压较为常见，而对于工业应用，可以选择较高的电压。注意RDS(ON)电阻会随着电流略微增加。关于RDS(ON)电阻的各种电气参数变化可以在制造商提供的技术资料表中找到。

技术对器件特性有着重要影响，因为某些技术会导致RDS(ON)在增加最大VDS时增大。对于这样的技术，如果计划降低VDS和RDS(ON)，那么就需要增加芯片尺寸，从而增加相应的封装尺寸和开发成本。行业中有几种尝试控制芯片尺寸增加的技术，其中最重要的是沟道和电荷平衡技术。

在沟道技术中，芯片嵌入了一个深沟，通常用于降低导通电阻RDS(ON)的低电压应用。为了减少最大VDS对RDS(ON)的影响，采用了外延生长柱/蚀刻柱工艺。例如，Feiteng Semiconductor开发了一种称为SupeRFET的技术，通过增加额外的制造步骤来降低RDS(ON)。对RDS(ON)的关注非常重要，因为当标准MOSFET的击穿电压升高时，RDS(ON)会呈指数级增加，并导致芯片尺寸增大。SuperFET技术将RDS(ON)与芯片尺寸之间的指数关系转化为线性关系。这样，SuperFET器件可以在小尺寸芯片甚至击穿电压达到600V的情况下实现理想的低RDS(ON)。结果是芯片尺寸可以减小达到35％。对最终用户来说，这意味着封装尺寸大幅减小。 

第三步：确认散热要求

在选择MOS管之后，下一步是计算系统的散热要求。规划人员需要考虑两种不同情况，即最坏情况和实际情况。建议使用最坏情况的计算结果，因为这个结果提供了更大的安全余量，可以确保系统不会失效。在MOS管的资料表上，还有一些需要注意的测量数据，例如封装器件的热阻、半导体结与环境之间的热阻，以及最大的结温。

器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率消耗的乘积（结温=最大环境温度+[热阻×功率消耗]）。根据这个方程，可以解出系统的最大功率消耗，即按定义相等于I²×RDS(ON)。由于规划人员已确认将要通过器件的最大电流，因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。需要注意的是，在处理简化的热模型时，规划人员还需要考虑半导体结/器件外壳和外壳/环境的热容量，即要求印刷电路板和封装不会立即升温。

雪崩击穿是指半导体器件上的反向电压超过最大值，并形成强电场使器件内电流增加。该电流将耗散功率，使器件的温度升高，并可能损坏器件。半导体公司通常会对器件进行雪崩测试，计算其雪崩电压，或对器件的稳健性进行测试。计算额外的雪崩电压有两种方法：统计法和热计算。由于实用性较高，热计算得到了广泛的选择。除了计算，技术对雪崩效应也有很大影响。例如，晶片尺度的增加会提高抗雪崩能力，最终提高器件的稳健性。对最终用户而言，这意味着在系统中选择更大的封装件。 

第四步：决定开关特性

选择MOS管的最后一步是决定MOS管的开关特性。影响开关特性的参数有很多，但最重要的是栅极/漏极、栅极/源极以及漏极/源极电容。这些电容会在器件中产生开关损耗，因为在每次开关时都需要对它们进行充放电。MOS管的开关速度因此会降低，器件功率也会降低。为了计算开关过程中器件的总损耗，规划人员需要计算导通过程中的损耗（Eon）和关断过程中的损耗（Eoff）。MOSFET开关的总功率可以用以下方程表示：Psw = (Eon + Eoff) × 开关频率。而栅极电荷（Qgd）对开关特性的影响最大。 

亲爱的读者们，阻容1号小编今天在此分享完毕。本文旨在为大家提供关于如何选择适合自己的MOS管的大致指导，并仅供参考和学习之用。希望这些信息能对你们有所帮助！