【導(dǎo)讀】MOS的設(shè)計主要是基于幾對矛盾的選擇，而為了針對不同的應(yīng)用，適應(yīng)不同的市場需求，各大小廠家生產(chǎn)出了高低電壓、大小電流、高低開關(guān)閥值等等林林總總幾千上萬種型號。面對這么多型號的MOS，我們該如何選擇？下面是資深工程師分享的一些經(jīng)驗。
先借兩個圖說明datasheet的主要電參數(shù)。
功率MOS器件中，BV與Rdson是最大的一對矛盾。
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BVds在20-100V范圍的器件的Rdson的表象關(guān)系如下圖所示。
可以看到，起碼從50-100V段，與Rdson是呈現(xiàn)線性增大的關(guān)系；其實從100-700V段，也是如此。
可以想象的是，若在保證同樣BV的前提下要求Rdson的降低，可看作同樣單位的晶胞數(shù)量的增加，意味著單位芯片的面積增加，也即意味著單位成本的增加，也即價格上升。
而這個關(guān)系，起碼在100V-700V的耐壓段的器件中，大致是線性增加的關(guān)系！
當(dāng)然，這是在同等工藝前提下的比較。
功率MOSFET的Rdson具有正溫度特性。
如圖，Rdson與溫度呈非線性關(guān)系。在一些高溫環(huán)境的應(yīng)用，例如汽車電子裝備等，在進(jìn)行散熱計算時須充分考慮該特性。
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對某一類器件，假定Tc=150時的額定值與Tc=25時的比值為一個固定數(shù)值；
100V以下的中低耐壓的器件，該數(shù)值為1.7-1.8
500V左右的高耐壓的器件，該數(shù)值為2.4-2.5
根據(jù)柵極驅(qū)動閥值電壓的不同，功率MOSFET會分Vgsth為10V、4V、2.5V等產(chǎn)品類，近年一些如電池管理等應(yīng)用還出現(xiàn)一些低閥值（18V-2.5V）的器件。在規(guī)格書中，一般是通過如下圖來描述的：
Vth有負(fù)溫度特性，溫度上升100度大致降低0.5V。如何降低Vth，一般是通過柵極氧化膜的薄化來實現(xiàn)。選用低Vth的器件時，應(yīng)在設(shè)計中充分考慮關(guān)斷后驅(qū)動電壓低電平處理，避免續(xù)斷噪音或失誤。
Qg、Qgd是在設(shè)計高頻應(yīng)用中開關(guān)損耗的重要項目。如圖a中，為達(dá)到指定的驅(qū)動電壓Vgs值（圖中xV），柵極的總充電電荷量，即為Qg；Qgd相當(dāng)與米勒電容Crss，也是影響開關(guān)特性的重要參數(shù)。兩個參數(shù)與Vds正相關(guān)，Qg與Vds依存關(guān)系如圖b。
為了驅(qū)動?xùn)艠O的柵極峰值電流Ig(peak)和驅(qū)動損耗P(driveloss)可用下式計算：
Ig(peak)=Qg/t
P(driveloss)=f*Qg*Vgs
在高速開關(guān)的應(yīng)用中，功率MOS的Rdson*Qg的積越小，代表器件性能越好。在功率MOSFET的D、S極間有個寄生二極管。此二極管的額定電流值Idr和正向D極電流額定值Id相同。
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此二極管的特性是：當(dāng)柵極驅(qū)動電壓為“零”壓降時，此二極管與平常的二極管的正向壓降特性相同；當(dāng)柵極驅(qū)動電壓為正壓降時，此二極管能得到一個即使和肖特基二極管相比還要低的正向壓降，如圖。此正向壓降大小由此時的Rdson決定，Vsd=Id*Rdson
利用這個反向特性的特點，可積極應(yīng)用于如下用途：
●防止電池反接的負(fù)載開關(guān)
●替代電機(jī)驅(qū)動電路的外接二極管
●開關(guān)電源的二次側(cè)同步整流電路
在充分發(fā)揮MOSFET寄生二極管的反向特性的電機(jī)驅(qū)動或開關(guān)電源同步整流的應(yīng)用中，要求此反響恢復(fù)時間trr為高速。在這些應(yīng)用中，由于當(dāng)電路運行在trr期間時上橋臂/下橋臂短路，導(dǎo)致產(chǎn)生過大的接通損耗。因此，通常在這些應(yīng)用的控制電路中，需要設(shè)計有在切換上/下器件開關(guān)的同時是柵極驅(qū)動信號斷開的DeadTime（比trr長的時間）。
同時，恢復(fù)時（上圖的tb時段）的di/dt曲線越陡，越容易產(chǎn)生噪音。因此要求軟恢復(fù)特性。另外應(yīng)留意，trr會隨著溫度的上升會增大。
在同樣的工藝下，不同耐壓BV的器件trr有很大不同。BV為60V以下的低耐壓時，trr為40~60ns，速度較高；BV為100V級別時，trr為100ns左右；BV在250V~500V的高耐壓時，trr的值到了300~600ns，較慢。因此，為這方面應(yīng)用的高耐壓器件，會有一些相應(yīng)的工藝設(shè)計改動，開發(fā)在BV250V以上時trr在100ns左右的高速產(chǎn)品。
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下圖為某一30V的功率MOSFET的瞬間熱阻θch-c(t)與脈寬PW的關(guān)系特性。
此特性是為了計算器件在運行狀態(tài)時的溝道溫度。PW代表單觸發(fā)脈沖(1shotsinglepluse)或連續(xù)工作脈沖的脈寬時長。
例如一個穩(wěn)定運行情況，工作頻率f=200Hz、占空比0.2、功耗Pd=50W，如何計算MOS的溝道溫度呢。
首先，f=200Hz即周期時長T=5ms；根據(jù)占空比0.2可得PW=1ms；
然后，從上圖查得瞬間熱阻θch-c(t)=0.3*1.14=0.342℃/W；
于是可得出在此工作狀態(tài)下，溝道與外殼的溫差ΔTch=θch-c(t)*Pd=0.342*50=17.1℃
[例1]
某穩(wěn)定運行狀態(tài)，工作頻率F=2KHz、占空比D=0.2、外加功率Pd=50W，測得外殼溫度Tc=85℃
通過上述可得，周期時長T=500us；因D=0.2，得工作時長t=100us；所以溝道溫度Tch：
Tch=Tc+Pd*θch-c(t)
=85+50*0.22*1.14
=97.54℃
[例2]
在上面的穩(wěn)定運行中，外加一個tp=60us、峰值功率Pd(peak)=500W的工作脈沖，峰值溝道溫度Tch(peak):
Tch(peak)=Tc+Pd*θch-c(t)+(Pd(peak)-Pd*D)*θch-c(tp)
=85+50*0.22*1.14+(500-50*0.2)*0.031*1.14
=114.86℃
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