選擇場效應晶體管的六大訣竅

一、場效應晶體管選擇的重要性

隨著電子產品更新換代的速度，我們對電子產品性能的要求也越來越高，在一些電子產品的電路設計與研發中，不光是開關電源電路中，還有在便攜式電子產品的電路中都會用到場效應晶體管，所以正確選擇場效應晶體管是硬件工程師經常遇到的難題之一，更是極其重要的一個環節，場效應晶體管的選擇，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確的選擇場效應晶體管，可以從以下六大訣竅著手。

二、場效應晶體管選擇的六大訣竅

1、溝道類型

選擇好場效應晶體管器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道場效應晶體管。在典型的功率應用中，當一個場效應晶體管接地，而負載連接到干線電壓上時，該場效應晶體管就構成了低壓側開關。在低壓側開關中，應采用N溝道場效應晶體管，這是出于對關閉或導通器件所需電壓的考慮。當場效應晶體管連接到總線及負載接地時，就要用高壓側開關。通常會在這個拓撲中采用P溝道場效應晶體管，這也是出于對電壓驅動的考慮。

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。根據實踐經驗，額定電壓應當大于干線電壓或總線電壓。這樣才能提供足夠的保護，使場效應晶體管不會失效。

就選擇場效應晶體管而言，必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓，即最大VDS。知道場效應晶體管能承受的最大電壓會隨溫度而變化這點十分重要。我們須在整個工作溫度范圍內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電子設備（如電機或變壓器）誘發的電壓瞬變。不同應用的額定電壓也有所不同；通常，便攜式設備為20V、FPGA電源為20～30V、85～220VAC應用為450～600V。

3、額定電流

該額定電流應是負載在所有情況下能夠承受的最大電流。與電壓的情況相似，確保所選的場效應晶體管能承受這個額定電流，即使在系統產生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續模式和脈沖尖峰。在連續導通模式下，場效應晶體管處于穩態，此時電流連續通過器件。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、導通損耗

在實際情況下，場效應晶體管并不是理想的器件，因為在導電過程中會有電能損耗，這稱之為導通損耗。場效應晶體管在“導通”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）計算，由于導通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會隨之按比例變化。對場效應晶體管施加的電壓VGS越高，RDS（ON）就會越??；反之RDS（ON）就會越高。注意RDS（ON）電阻會隨著電流輕微上升。關于RDS（ON）電阻的各種電氣參數變化可在制造商提供的技術資料表中查到。

5、系統散熱

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

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

6、開關性能

影響開關性能的參數有很多，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生開關損耗，因為在每次開關時都要對它們充電。場效應晶體管的開關速度因此被降低，器件效率也下降。為計算開關過程中器件的總損耗，要計算開通過程中的損耗（Eon）和關閉過程中的損耗（Eoff）。場效應晶體管開關的總功率可用如下方程表達：Psw=（Eon+Eoff）×開關頻率。而柵極電荷（Qgd）對開關性能的影響最大。

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審核編輯 黃宇