功率器件场效应管MOS参数介绍以及选用原则

MOSFET是Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor的首字母缩写,中文叫场效应管，它在电子工业高频、高效率开关应用中是一种重要的元件，而 MOSFET是在二十世纪80年代开始被大量运用的。

主要参数：

VDSS: D极-S极所能承受电压值，主要受制寄生逆向二极管的耐压，与温度成正比。

VGSS: G极-S极所能承受电压值。

ID: 元件所能提供最大连续电流，会随温度的升高而降低。

IDM: 元件所能承受瞬间最大电流，会随温度升高而降低,体现一个抗冲击能力。

PD: 元件上所能承受功率，计算公式PD(Max)=(TJ-TC)/R?JC。

BVDSS: 最小值等于VDSS。

VGS(th): MOSFET导通的门槛电压，数值愈高，代表耐杂讯能力愈强,但是如此要使元件完全导通，所需要的电压也会增大，与温度成反比。

IGSS: 在栅极周围所介入的氧化膜的泄极电流，愈小愈好。当所加入的电压，超过氧化膜的耐压能力时，会使元件遭受破坏。

IDSS: 漏电流，通常很小，但是有的为了确保耐压，在晶片周围的设计多少会有泄漏电流成份存在，此最大可能达到标准值10倍以上，与温度成正比。

RDS(ON): 导通电阻值，低压MOSFET导通电阻是由不同区域的电阻所组成的。为了降低导通电阻值,MOSFET晶片技术上朝高集成度迈进,在制程演进上,Trench DMOS以其较高的集成密度,逐渐取代Planar DMOS成为MOSFET制程技术主流,未来全面演变成SGT为技术主流，与温度成正比。

VSD: MOS寄生逆向二极管的正向电压降。

Qg: G极总充电量。

Qgs: G极-S极充电电量。

Qgd: G极-D极充电电量。

Ciss: 在截止状态下的栅极输入电容：Ciss=Cgs+Cgd

Coss: D极-S极的电容量，也是寄生二极管逆向偏压时的电容量。

Crss: D极-G极的电容量，此对于高频切换动作最有不良影响,Cgd愈小愈好.

td(on): 导通延迟时间,从有输入电压上升到10%开始到VDS下降到其幅值90%的时间.

tr: 上升时间,输入电压VDS从90%下降到其幅值10%的时间.

td(off): 关断时间.输入电压下降到90%开始到VDS上升到其关断电压10%时的时间。

tf: 下降时间.输入电压VDS从10%上升到其幅值90%的时间。

ISD: 最大值等于ID。

ISM: 最大值等于IDM.

EAS: 单次脉冲雪崩击穿能量;计算公式=1/2LI2{V(BR)DSS/(V(BR)DSS-VDD)}

选用原则：

实际选用时应考虑最坏的条件.如沟道温度TCH从50OC提高到100OC时,推算故障率将提高20倍.实际沟道温度不应超过125OC.

1) 选择时,如果工作电流较大,则在相同器件额定参数下尽可能选用正向导通电阻(RDSON)小和结电容(CISS)小的MOSFET。

2) 器件的额定电压值/电流值应高于实际最大电压值/电流值20%;功耗值应高于实际最大功耗的50%。

应用实例：

1) DC-DC直流变换电路低压MOS选择

设计参数:

Vds max=50V

Ipk=3A

fsw=130KHz

Don max=0.5

Vdr=7V

T?=75OC

MOSFET漏-源极最大电压Vds应该满足:Vds>Vds max>(Vi max+Vf)*1.2

MOSFET漏极连续最大电流Id应满足:Id>Ipk*1.2

可选用MOSFET 100V 15A Rds:100mR TO-252,栅极电阻Rdr=100mR,其参数为:

Vds=100V; Id=15A; Vgs th=3V; Rds on=0.1R; Ciss=890pF; Qg=13nC; Qgs=4.6nC; Rthja=110OC/W; Tj max=150OC.

验证:Pon=Rds on*Don max*I2pk/3=0.15W;

Psw=Qgs*Rdr*Vds max*Ipk*fsw/(Vdr-Vgs th)=2.24W;

Poff=Ciss*Vds max2*fsw/2=1.44W;

Pgate=Qg*Vdr*fsw=0.12W;

Pmax=(Tj max-T?)/Rthja=0.68W;

总功率Ptotal max=Pon+Psw+Poff+Pgate=3.95W > Pmax=0.68W

需要加装足够大的散热器使用,如果受PCB空间影响散热器偏小导致MOS温度偏高，也可以选用Rds更小的MOS，加大MOS规格来匹配达到最优化的散热设计。

2) AC-DC反激式开关电源高压MOS选择

设计参数

Ui=85-265Vac;47-63Hz

Uo=12Vdc

Io=1.25A

Po=15W

η>80%

Rip<100mV

Tem=0-40OC

MOSFET参数计算:Vds= Vin damax+VF(变压器反射电压)+VL(漏感)

= Vin acmax√2+Vs*(Np/Ns)+VL=529V;

Id=Ip max=2pin/Dmax*Vin acmin√2=0.694A

根据计算和高于实际值20%的选用原则,可选用Id>0.83A,Vds>635V的MOS。但考虑到功率损耗(实例1)DC-DC变换计算同样适用,可以选用Rds on更小的4N65F TO-220F。

3) 电源次极同步整流电路MOS选择

同步整流管也是工作在开关状态(其开关频率与开关管相同)，但因同步整流管工作于零电压(VGS≈0V)状态，其开关损耗可忽略不计。

设计参数

Vi=7-24Vdc

Vo=1.25V

Io max=15A

Fsw=300K

Vic=5V

根据Id>Io max,Vds>Vi max的MOSFET选用原则,可选用30V 25A Rds:20mR TO-220，.查选型参数:

Vds=30V; Rds on=0.02R@4.5V; Id=25A@100OC;Tj max=150OC; Rthja=45OC/W

Pdr=(1-Vo/Vi max)*Io max2*Rds on=4.27W > Pmax=(Tj max-T?)/Rthja=1.67W

需要加装足够大的散热器使用,如果受PCB空间影响散热器偏小导致MOS温度偏高，也可以选用Rds更小的MOS，加大MOS规格来匹配达到最优化的散热设计。

功率器件场效应管MOS参数介绍和选用原则

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