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MOS管选型技巧

选(xuan)择到一款(kuan)正确的(de)(de)(de)(de)MOS管(guan)，可(ke)以很好地(di)控制生产制造成本，最(zui)(zui)为重要的(de)(de)(de)(de)是，为产品匹配了一款(kuan)最(zui)(zui)恰当的(de)(de)(de)(de)元器(qi)件，这(zhei)在(zai)产品未来(lai)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)过程中，将会(hui)充分(fen)(fen)发(fa)挥(hui)其(qi)“螺丝钉”的(de)(de)(de)(de)作用(yong)，确保设备得(de)到最(zui)(zui)高效、最(zui)(zui)稳定、最(zui)(zui)持久(jiu)的(de)(de)(de)(de)应用(yong)效果。那么(me)面对市面上琳琅满目的(de)(de)(de)(de)MOS管(guan)，该如何选(xuan)择呢？下面，我们就分(fen)(fen)7个步(bu)骤来(lai)阐(chan)述MOS管(guan)的(de)(de)(de)(de)选(xuan)型要求。

MOS管是电子制造的基(ji)本元件，但(dan)面对不(bu)同封(feng)装(zhuang)、不(bu)同特性、不(bu)同品(pin)牌的MOS管时，该如何抉(jue)择？有没有省(sheng)心(xin)、省(sheng)力的遴选方法？

首先是确定N、P沟道的选择

MOS管有两种结构(gou)形(xing)式，即(ji)N沟(gou)道型(xing)和P沟(gou)道型(xing)，结构(gou)不一(yi)样(yang)，使用的(de)电压极性(xing)也会(hui)不一(yi)样(yang)，因此，在确(que)(que)定选(xuan)择哪种产品前，首先需要确(que)(que)定采用N沟(gou)道还(hai)是P沟(gou)道MOS管。

MOS管(guan)的两种(zhong)结构：N沟(gou)(gou)道型和P沟(gou)(gou)道型

在典型的(de)功(gong)率应用(yong)中，当一(yi)个MOS管(guan)接(jie)地，而负载(zai)连接(jie)到(dao)干线电压(ya)上时，该MOS管(guan)就构成(cheng)了低压(ya)侧开关(guan)。在低压(ya)侧开关(guan)中，应采用(yong)N沟道MOS管(guan)，这是(shi)出于对关(guan)闭(bi)或导通器件所需电压(ya)的(de)考(kao)虑。

当(dang)MOS管(guan)(guan)连(lian)接到总(zong)线(xian)及(ji)负载接地时，就要用高(gao)压侧开关。通常会在这个(ge)拓(tuo)扑中采用P沟道MOS管(guan)(guan)，这也是出于对电压驱动的考虑。

要选择适合应用的器件，必须(xu)确定驱动器件所需的电压，以(yi)及在设(she)计中最(zui)简易(yi)执(zhi)行(xing)的方法。

第二步是确定电压

额(e)(e)定电(dian)压(ya)(ya)越(yue)大，器件的(de)(de)成本就越(yue)高(gao)。从成本角度(du)考虑，还需(xu)要确定所(suo)需(xu)的(de)(de)额(e)(e)定电(dian)压(ya)(ya)，即器件所(suo)能承受(shou)的(de)(de)最大电(dian)压(ya)(ya)。根(gen)据实(shi)践经验，额(e)(e)定电(dian)压(ya)(ya)应当大于(yu)干线(xian)电(dian)压(ya)(ya)或(huo)总(zong)线(xian)电(dian)压(ya)(ya)，一般会(hui)留(liu)出(chu)1.2~1.5倍的(de)(de)电(dian)压(ya)(ya)余量(liang)，这样才能提供足够的(de)(de)保护(hu)，使MOS管不会(hui)失效。

就选择MOS管而言(yan)，必须确定漏极至源(yuan)极间可能(neng)承(cheng)受(shou)的(de)最大电(dian)(dian)压，即最大VDS。由于MOS管所能(neng)承(cheng)受(shou)的(de)最大电(dian)(dian)压会随温度变(bian)化(hua)(hua)而变(bian)化(hua)(hua)，设计人员必须在整个工作温度范围(wei)内(nei)测试电(dian)(dian)压的(de)变(bian)化(hua)(hua)范围(wei)。额定电(dian)(dian)压必须有足够的(de)余(yu)量覆(fu)盖这个变(bian)化(hua)(hua)范围(wei)，确保(bao)电(dian)(dian)路不会失效。

此外(wai)，设计工程师还需要考虑(lv)其他安全因素：如由开(kai)关电子设备(常(chang)见有电机(ji)或变(bian)压器)诱发(fa)的电压瞬变(bian)。另外(wai)，不(bu)(bu)同(tong)(tong)应用(yong)的额(e)定(ding)电压也(ye)有所(suo)不(bu)(bu)同(tong)(tong)；通常(chang)便携式设备选(xuan)用(yong)20V的MOS管(guan)，FPGA电源为20～30V的MOS管(guan)，85～220V AC应用(yong)时MOS管(guan)VDS为450～600V。

第三步为确定电流

确定(ding)完电(dian)压后，接下(xia)来要(yao)确定(ding)的(de)(de)(de)就是MOS管(guan)的(de)(de)(de)电(dian)流(liu)。需根据电(dian)路结构来决定(ding)，MOS管(guan)的(de)(de)(de)额定(ding)电(dian)流(liu)应是负载在(zai)所有(you)情况下(xia)都能够承受的(de)(de)(de)最大电(dian)流(liu)；与电(dian)压的(de)(de)(de)情况相似，MOS管(guan)的(de)(de)(de)额定(ding)电(dian)流(liu)必(bi)须能满足(zu)系统产生尖峰电(dian)流(liu)时(shi)的(de)(de)(de)需求。电(dian)(dian)流(liu)的确(que)定(ding)需(xu)从(cong)两个方(fang)面着(zhe)手：连(lian)续模(mo)式和脉冲尖(jian)(jian)峰(feng)。在连(lian)续导(dao)通模(mo)式下，MOS管处于稳态(tai)，此时电(dian)(dian)流(liu)连(lian)续通过(guo)器件(jian)。脉冲尖(jian)(jian)峰(feng)是(shi)指有大量电(dian)(dian)涌(或(huo)尖(jian)(jian)峰(feng)电(dian)(dian)流(liu))流(liu)过(guo)器件(jian)。一旦确(que)定(ding)了这(zhei)些(xie)条件(jian)下的最大电(dian)(dian)流(liu)，只需(xu)直(zhi)接选择能承(cheng)受(shou)这(zhei)个最大电(dian)(dian)流(liu)的器件(jian)便可(ke)。

选好额定(ding)电(dian)流后，还必(bi)须计算导通(tong)损(sun)耗。在实际情(qing)况下，MOS管并不是(shi)(shi)理想的(de)器件，因为在导电(dian)过程中会有电(dian)能损(sun)耗，也就(jiu)是(shi)(shi)导通(tong)损(sun)耗。MOS管在“导通(tong)”时就(jiu)像一个(ge)可变(bian)电(dian)阻，由器件的(de)导通(tong)电(dian)阻RDS(ON)所(suo)确定(ding)，并随温度而(er)显著变(bian)化。器件的(de)功(gong)率损(sun)耗(hao)PTRON=Iload2×RDS(ON)计(ji)算(suan)（Iload：最大直流输出电流），由于导(dao)通电阻会(hui)随(sui)温度变化，因此功(gong)率耗(hao)损(sun)也会(hui)随(sui)之(zhi)按比例变化。对MOS管施(shi)加的(de)电压VGS越(yue)高，RDS(ON)就会(hui)越(yue)小；反之(zhi)RDS(ON)就会(hui)越(yue)高。

对系统设(she)计人员来说，这就需要折中权衡。对便携式设计来说，采(cai)用较(jiao)低的电(dian)压即可(较(jiao)为普(pu)遍)；而对于(yu)工(gong)业设计来说，可采(cai)用较(jiao)高的电(dian)压。需要(yao)注意的是，RDS(ON)电(dian)阻(zu)会(hui)随着(zhe)电(dian)流轻微上升。

技(ji)术对器件的(de)特性有(you)着重大影响(xiang)，因为(wei)有(you)些技(ji)术在提(ti)高最(zui)大VDS（漏源额定电(dian)压(ya)）时往(wang)往(wang)会使RDS(ON)增(zeng)大。对于这样(yang)的(de)技(ji)术，如果打算降低VDS和RDS(ON)，那么就得(de)增(zeng)加晶片(pian)尺寸，从而增(zeng)加与之配套的(de)封装尺寸及相关的(de)开发成本。业(ye)界(jie)现有(you)好几(ji)种试图控制晶片(pian)尺寸增(zeng)加的(de)技(ji)术，其中最(zui)主要的(de)是(shi)沟道和电(dian)荷平(ping)衡技(ji)术。

第四步是确定热要求

在确定电流之后，就要(yao)计算系统(tong)的散热要(yao)求。设计人员必须(xu)考(kao)虑两种不同的情况：最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结(jie)(jie)果，因(yin)为这个(ge)结(jie)(jie)果提供更大的安全余量，能确保系统(tong)不会(hui)失效。在MOS管的资料表上(shang)还(hai)有一(yi)些需要(yao)注意的测(ce)量数据，比(bi)如封装器件(jian)的半导(dao)体结(jie)(jie)与环境之间的热阻，以及最大的结(jie)(jie)温。

器件(jian)的(de)结温(wen)(wen)等于(yu)最(zui)大环境温(wen)(wen)度(du)加上(shang)热阻(zu)与功(gong)(gong)率耗(hao)散的(de)乘(cheng)积，即(ji)结温(wen)(wen)=最(zui)大环境温(wen)(wen)度(du)+（热阻(zu)×功(gong)(gong)率耗(hao)散）。根据这个方(fang)程可(ke)解出系统(tong)的(de)最(zui)大功(gong)(gong)率耗(hao)散=I2×RDS(ON)。

由于设计(ji)(ji)人员(yuan)已确定将要(yao)通过(guo)器(qi)件(jian)的(de)最大电(dian)流，因(yin)此可(ke)以计(ji)(ji)算出不同温(wen)度下的(de)RDS(ON)。值得注意的(de)是，在处理简单热模型时(shi)，设计(ji)(ji)人员(yuan)还(hai)必须考虑半(ban)导体结/器(qi)件(jian)外(wai)壳及外(wai)壳/环(huan)境(jing)的(de)热容(rong)量；即要(yao)求(qiu)印刷电(dian)路板和封装不会立即升温(wen)。

雪崩击穿（指半(ban)导体器(qi)(qi)件(jian)上的反向(xiang)电(dian)压超过最大值(zhi)，并形成强电(dian)场使器(qi)(qi)件(jian)内电(dian)流增加）形成的电(dian)流将耗散功率，使器(qi)(qi)件(jian)温度升高，而且有(you)可能损坏器(qi)(qi)件(jian)。半(ban)导体公司(si)都(dou)会对(dui)器(qi)(qi)件(jian)进行雪崩测试(shi)，计(ji)算其雪崩电(dian)压，或对(dui)器(qi)(qi)件(jian)的稳健性进行测试(shi)。

计算(suan)额(e)定雪(xue)崩电压有两种(zhong)方法(fa)(fa)；一是统计法(fa)(fa)，另(ling)一是热计算(suan)。而(er)(er)热计算(suan)因(yin)为(wei)较为(wei)实用(yong)(yong)(yong)而(er)(er)得到(dao)广泛采用(yong)(yong)(yong)。除计算(suan)外，技术对(dui)雪(xue)崩效应也有很大影响。例(li)如，晶片尺寸的增加会提高(gao)(gao)抗雪(xue)崩能力，最终(zhong)提高(gao)(gao)器件的稳健性(xing)。对(dui)最终(zhong)用(yong)(yong)(yong)户而(er)(er)言(yan)，这意味着要(yao)在(zai)系统中采用(yong)(yong)(yong)更大的封装件。

第五步是确定开关性能

选择MOS管(guan)的最后一(yi)步是确定其开(kai)关(guan)(guan)性能。影响开(kai)关(guan)(guan)性能的参数有很多，但最重要的是栅极(ji)(ji)/漏(lou)极(ji)(ji)、栅极(ji)(ji)/源(yuan)极(ji)(ji)及(ji)漏(lou)极(ji)(ji)/源(yuan)极(ji)(ji)电容。因为在每(mei)次开(kai)关(guan)(guan)时都要对(dui)这些电容充电，会在器(qi)件(jian)中产生开(kai)关(guan)(guan)损耗；MOS管(guan)的开(kai)关(guan)(guan)速度也因此被降低，器(qi)件(jian)效率(lv)随之下降；其中，栅极(ji)(ji)电荷(Qgd)对(dui)开(kai)关(guan)(guan)性能的影响最大。

为计(ji)(ji)算开关(guan)过程(cheng)中器(qi)件的(de)总损(sun)耗，设计(ji)(ji)人员必须计(ji)(ji)算开通过程(cheng)中的(de)损(sun)耗(Eon)和关(guan)闭过程(cheng)中的(de)损(sun)耗(Eoff)，进而(er)推导出(chu)MOS管开关(guan)总功率：Psw=(Eon+Eoff)×开关(guan)频(pin)率。

增(zeng)强型NMOS管构(gou)成(cheng)的开关电路(lu)

第六步为封装因素考量

不同的封(feng)装尺寸MOS管(guan)(guan)具(ju)有(you)不同的热阻和耗散功(gong)率，需(xu)要考虑系(xi)统(tong)的散热条(tiao)件和环境(jing)(jing)温度（如是否有(you)风冷、散热器的形状和大小(xiao)限(xian)制、环境(jing)(jing)是否封(feng)闭(bi)等因素），基(ji)本(ben)原则就是在保(bao)证功(gong)率MOS管(guan)(guan)的温升和系(xi)统(tong)效(xiao)率的前(qian)提(ti)下，选取(qu)参数和封(feng)装更通用的功(gong)率MOS管(guan)(guan)。

常见(jian)的MOS管封装有(you)：

①插入(ru)式封(feng)装：TO-3P、TO-247、TO-220、TO-220F、TO-251、TO-92；

②表面贴装式：TO-263、TO-252、SOP-8、SOT-23、DFN5*6、DFN3*3；

TO封装(zhuang)MOS管

不同的(de)封(feng)装(zhuang)形式，MOS管对应的(de)极限电流、电压和(he)散热(re)效果都会不一样(yang)，简单介绍如下。

TO-3P/247：是中(zhong)高(gao)压(ya)、大电流(liu)MOS管(guan)常用的(de)封装(zhuang)形式，产品具有耐压(ya)高(gao)、抗击穿能力强等特点(dian)，适(shi)于中(zhong)压(ya)大电流(liu)（电流(liu)10A以(yi)上(shang)(shang)、耐压(ya)值在100V以(yi)下）在120A以(yi)上(shang)(shang)、耐压(ya)值200V以(yi)上(shang)(shang)的(de)场所(suo)中(zhong)使用。

TO-220/220F：这(zhei)两种封装样(yang)式的MOS管(guan)外(wai)观差不(bu)多，可以互换使用(yong)(yong)，不(bu)过TO-220背部有散热(re)片，其散热(re)效果(guo)比TO-220F要(yao)好(hao)些，价格相(xiang)对也要(yao)贵些。这(zhei)两个封装产品(pin)适于中压大电流(liu)120A以下、高(gao)压大电流(liu)20A以下的场合应用(yong)(yong)。

TO-251：该封装产品(pin)主要(yao)是(shi)为了降(jiang)低(di)成本和缩小(xiao)产品(pin)体积，主要(yao)应用于(yu)中(zhong)压(ya)大电流60A以下(xia)、高(gao)压(ya)7N以下(xia)环(huan)境中(zhong)。

TO-92：该(gai)封(feng)装只(zhi)有低(di)压(ya)MOS管（电流10A以(yi)下、耐压(ya)值60V以(yi)下）和高压(ya)1N60/65在(zai)采用(yong)，主(zhu)要是为了降低(di)成本。

TO-263：是(shi)TO-220的(de)(de)一个变(bian)种，主要(yao)是(shi)为(wei)了(le)提高(gao)生产效率和散热(re)而设计，支持(chi)极(ji)高(gao)的(de)(de)电流和电压(ya)(ya)，在150A以下、30V以上(shang)的(de)(de)中压(ya)(ya)大(da)电流MOS管中较(jiao)为(wei)多见。

TO-252：是目前主流(liu)封(feng)装之一，适用于高压在7N以下、中(zhong)压在70A以下环境(jing)中(zhong)。

SOP-8：该封装(zhuang)同样是(shi)为(wei)降低成本(ben)而(er)设计，一(yi)般在(zai)50A以下的(de)中(zhong)(zhong)压、60V左右的(de)低压MOS管中(zhong)(zhong)较为(wei)多见。

SOT-23：适于几A电流(liu)、60V及(ji)以下电压环境中采用(yong)，其又(you)分有大体积和小体积两种，主要区别在于电流(liu)值(zhi)不(bu)同。

第七步要选择好品牌

MOS管的生产企业很多，大致说来，主要有(you)欧美系(xi)、日系(xi)、韩系(xi)、台(tai)系(xi)、国(guo)产几大系(xi)列(lie)。

欧(ou)美(mei)系(xi)代表企(qi)业：IR、ST、仙(xian)童、安森(sen)美(mei)、TI、PI、英飞凌(ling)等；

日系代表(biao)企(qi)业(ye)：东芝(zhi)、瑞萨、新电元等；

韩系代表企业：KEC、AUK、美格纳、森名(ming)浩、威士顿、信安、KIA等；

台(tai)系代表企(qi)业：APEC、CET；

国产代表企业：吉林华(hua)微(wei)(wei)、士兰微(wei)(wei)、华(hua)润(run)华(hua)晶、东(dong)光微(wei)(wei)、深(shen)爱半导体等。

在这些品(pin)牌(pai)中(zhong)，以(yi)欧(ou)美系企(qi)(qi)业的(de)(de)产品(pin)种类最(zui)全(quan)、技(ji)(ji)术(shu)及性能最(zui)优，从性能效(xiao)果考虑，是(shi)(shi)为MOS管的(de)(de)首选；以(yi)瑞萨(sa)、东(dong)芝为代表(biao)的(de)(de)日系企(qi)(qi)业也(ye)是(shi)(shi)MOS管的(de)(de)高端品(pin)牌(pai)，同样具有很强的(de)(de)竞争优势；这些品(pin)牌(pai)也(ye)是(shi)(shi)市面上被仿冒最(zui)多的(de)(de)。另外，由于品(pin)牌(pai)价(jia)值(zhi)、技(ji)(ji)术(shu)优势等原因，欧(ou)美系和日系品(pin)牌(pai)企(qi)(qi)业的(de)(de)产品(pin)价(jia)格也(ye)往往较(jiao)高。

韩国和中国台湾(wan)的MOS管企业(ye)也是行(xing)业(ye)的重(zhong)要(yao)产品供应商，不(bu)过在技术上，要(yao)稍弱于欧(ou)(ou)美及日(ri)系(xi)企业(ye)，但(dan)在价(jia)格方面，较欧(ou)(ou)美及日(ri)系(xi)企业(ye)更具优势；性价(jia)比相对(dui)高很多。

而在中国(guo)大陆，同(tong)样(yang)活跃着一批本(ben)土(tu)企(qi)业，他们(men)借助(zhu)更低(di)的成(cheng)本(ben)优势(shi)和更快(kuai)的客(ke)户服务(wu)响应速度(du)，在中低(di)端及细分(fen)领域具(ju)有很强的竞争力，部分(fen)实现了国(guo)产(chan)替代；目前(qian)也在不断(duan)冲击高端产(chan)品线，以满(man)足(zu)本(ben)土(tu)客(ke)户的需求(qiu)。另(ling)外，本(ben)土(tu)企(qi)业还通过(guo)资本(ben)运作，成(cheng)功(gong)收购了安世半导体等国(guo)际知(zhi)名的功(gong)率器(qi)(qi)件公司，将更好(hao)地满(man)足(zu)本(ben)土(tu)对功(gong)率器(qi)(qi)件的需求(qiu)。

总结

小到(dao)(dao)选N型还是P型、封(feng)装类型，大到(dao)(dao)MOSFET的(de)(de)耐压(ya)、导通电阻(zu)等，不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)应用(yong)需求千变(bian)万化，工(gong)程师在(zai)选择MOS管(guan)时(shi)，一(yi)定要依据电路(lu)设计(ji)需求及MOS管(guan)工(gong)作(zuo)场所来选取合(he)适(shi)的(de)(de)MOS管(guan)，从(cong)而(er)获(huo)得最佳(jia)的(de)(de)产品(pin)设计(ji)体验(yan)。当然，在(zai)考(kao)虑性能的(de)(de)同(tong)(tong)时(shi)，成本也是选择的(de)(de)因(yin)素之一(yi)，只有高性价(jia)比的(de)(de)产品(pin)，才能让工(gong)程师设计(ji)的(de)(de)产品(pin)在(zai)品(pin)质与收(shou)益(yi)中达(da)到(dao)(dao)平(ping)衡。

MOS管选型表

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