一、場效應(yīng)晶體管選擇的重要性

隨著電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，我們對電子產(chǎn)品性能的要求也越來越高，在一些電子產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)與研發(fā)中，不光是開關(guān)電源電路中，還有在便攜式電子產(chǎn)品的電路中都會用到場效應(yīng)晶體管，所以正確選擇場效應(yīng)晶體管是硬件工程師經(jīng)常遇到的難題之一，更是極其重要的一個環(huán)節(jié)，場效應(yīng)晶體管的選擇，有可能直接影響到整個電路的效率和成本，下面為方便電子工程師快速準(zhǔn)確的選擇場效應(yīng)晶體管，可以從以下六大訣竅著手。

二、場效應(yīng)晶體管選擇的六大訣竅

1、溝道類型

選擇好場效應(yīng)晶體管器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道場效應(yīng)晶體管。在典型的功率應(yīng)用中，當(dāng)一個場效應(yīng)晶體管接地，而負(fù)載連接到干線電壓上時，該場效應(yīng)晶體管就構(gòu)成了低壓側(cè)開關(guān)。在低壓側(cè)開關(guān)中，應(yīng)采用N溝道場效應(yīng)晶體管，這是出于對關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。當(dāng)場效應(yīng)晶體管連接到總線及負(fù)載接地時，就要用高壓側(cè)開關(guān)。通常會在這個拓?fù)渲胁捎肞溝道場效應(yīng)晶體管，這也是出于對電壓驅(qū)動的考慮。

2、額定電壓

確定所需的額定電壓，或者器件所能承受的最大電壓。額定電壓越大，器件的成本就越高。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，額定電壓應(yīng)當(dāng)大于干線電壓或總線電壓。這樣才能提供足夠的保護(hù)，使場效應(yīng)晶體管不會失效。

就選擇場效應(yīng)晶體管而言，必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓，即最大VDS。知道場效應(yīng)晶體管能承受的最大電壓會隨溫度而變化這點(diǎn)十分重要。我們須在整個工作溫度范圍內(nèi)測試電壓的變化范圍。額定電壓必須有足夠的余量覆蓋這個變化范圍，確保電路不會失效。需要考慮的其他安全因素包括由開關(guān)電子設(shè)備（如電機(jī)或變壓器）誘發(fā)的電壓瞬變。不同應(yīng)用的額定電壓也有所不同；通常，便攜式設(shè)備為20V、FPGA電源為20～30V、85～220VAC應(yīng)用為450～600V。

3、額定電流

該額定電流應(yīng)是負(fù)載在所有情況下能夠承受的最大電流。與電壓的情況相似，確保所選的場效應(yīng)晶體管能承受這個額定電流，即使在系統(tǒng)產(chǎn)生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續(xù)模式和脈沖尖峰。在連續(xù)導(dǎo)通模式下，場效應(yīng)晶體管處于穩(wěn)態(tài)，此時電流連續(xù)通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌（或尖峰電流）流過器件。一旦確定了這些條件下的最大電流，只需直接選擇能承受這個最大電流的器件便可。

4、導(dǎo)通損耗

在實(shí)際情況下，場效應(yīng)晶體管并不是理想的器件，因?yàn)樵趯?dǎo)電過程中會有電能損耗，這稱之為導(dǎo)通損耗。場效應(yīng)晶體管在“導(dǎo)通”時就像一個可變電阻，由器件的RDS（ON）所確定，并隨溫度而顯著變化。器件的功率耗損可由Iload2×RDS（ON）計(jì)算，由于導(dǎo)通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會隨之按比例變化。對場效應(yīng)晶體管施加的電壓VGS越高，RDS（ON）就會越?。环粗甊DS（ON）就會越高。注意RDS（ON）電阻會隨著電流輕微上升。關(guān)于RDS（ON）電阻的各種電氣參數(shù)變化可在制造商提供的技術(shù)資料表中查到。

5、系統(tǒng)散熱

須考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實(shí)情況。建議采用針對最壞情況的計(jì)算結(jié)果，因?yàn)檫@個結(jié)果提供更大的安全余量，能確保系統(tǒng)不會失效。在場效應(yīng)晶體管的資料表上還有一些需要注意的測量數(shù)據(jù)；器件的結(jié)溫等于最大環(huán)境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積（結(jié)溫=最大環(huán)境溫度+［熱阻×功率耗散］）。根據(jù)這個式子可解出系統(tǒng)的最大功率耗散，即按定義相等于I2×RDS（ON）。我們已將要通過器件的最大電流，可以計(jì)算出不同溫度下的RDS（ON）。另外，還要做好電路板及其場效應(yīng)晶體管的散熱。

雪崩擊穿是指半導(dǎo)體器件上的反向電壓超過最大值，并形成強(qiáng)電場使器件內(nèi)電流增加。晶片尺寸的增加會提高抗雪崩能力，最終提高器件的穩(wěn)健性。因此選擇更大的封裝件可以有效防止雪崩。

6、開關(guān)性能

影響開關(guān)性能的參數(shù)有很多，但最重要的是柵極/漏極、柵極/源極及漏極/源極電容。這些電容會在器件中產(chǎn)生開關(guān)損耗，因?yàn)樵诿看伍_關(guān)時都要對它們充電。場效應(yīng)晶體管的開關(guān)速度因此被降低，器件效率也下降。為計(jì)算開關(guān)過程中器件的總損耗，要計(jì)算開通過程中的損耗（Eon）和關(guān)閉過程中的損耗（Eoff）。場效應(yīng)晶體管開關(guān)的總功率可用如下方程表達(dá)：Psw=（Eon+Eoff）×開關(guān)頻率。而柵極電荷（Qgd）對開關(guān)性能的影響最大。

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審核編輯 黃宇