快速开关半导体：选择功率MOSFET以最大限度地降低开关损耗

功率MOSFET尺寸小，用于需要占用空间小的电源拓扑。这使它们成为各种紧凑型消费和工业设备的理想选择。当硅制造商能够将高功率晶体管构建成小型表面贴装封装时，功率MOSFET变得可用。

随着需求的增加，硅供应商不断改进其材料，以提高电压和电流额定值。此外，重点是提供低输入电容以支持所需的开关速度。导通电阻（RDS（on））和充电栅极（Qg）继续改善，允许最小的功率和开关损耗。

定义功率MOSFET的特性

使用功率MOSFET进行设计时，需要考虑一些有趣的功能。MOSFET而不是BJT的优势在于其栅极的导通电压。FET需要至少几伏的电压才能激活漏极电流，使其在系统启动时不受噪声瞬变的影响。它的直流特性和如何应用它们的知识将帮助您偏置电路以获得最佳效果。熟悉以下内容：

栅极电荷，Qg：栅极电容消耗的电荷量。

导通电阻，RDS（on）：基本上是MOSFET的漏极 - 源极端子之间的电阻，在电流流动时会散热。在电路中使用时，请考虑周围材料中的其他电阻，因为这可能会增加MOSFET的导通电阻。考虑周围材料，漂移区，基板，键合线，接触和引线框架电阻的累积。

开关速度：MOSFET的导通和关断时序。

端子电容：这些是每个端子，栅极 - 漏极，栅极 - 源极和漏极 - 源极之间的电容，以及输入和输出电容。

输入电容，Ciss：从门到源的电容。

反向传输电容，Crss：从栅极到漏极的电容。

Miller Capacitance，Cgd：输入和反向传输电容的组合。

许多人在偏置MOSFET时考虑导通电阻和栅极电容，以最大限度地降低功耗和切换时的瞬态瞬态。要做到这一点，必须研究RDS（on）和栅极电容，因为它们能够偏置FET，同时驱动栅极所需的电流和适当的响应时序，以在正确的时间实现漏极电流。

选择功率MOSFET时要考虑的参数

如果您的应用使用功率晶体管进行开关操作，您需要考虑RDS（on）和栅极电荷（Qg）之间的权衡。Qg确定栅极上的电容值。降低Qg会增加RDS（on），因此您需要确定具有较低Qg的功率晶体管是否能够处理增加的功耗。

您的部分分析应包括深入了解栅极输入阻抗与整体设计的关系。为了驱动栅极，需要大电流来提供栅极电容，包括输入和反向传输容量。随着栅极电压的增加，Crss上的电流发生变化，通过Ciss需要更多的电流。在这种容量的动态变化期间，栅极上的电压变平以允许输入阻抗重新调整。这被称为米勒效应，它产生了米勒高原。

启动期间栅极电容的动态变化导致米勒平稳

您还需要考虑启动栅极效应的时间如何导致功率MOSFET漏极电流的开启。过快地切换大电流会产生瞬态的不利影响。瞬态将噪声注入地平面和电压轨，因此您要避免创建它们。此外，瞬变提供了电容耦合到相邻导线或节点上产生噪声的机会，因此也应该避免这些。事实证明，栅极响应时序比漏极电流激活慢。为了避免过驱动输出电流，IDS考虑低速驱动栅极。您希望以最低VDS为目标，以达到所需的驱动电流。

在您的设计中使用功率MOSFET时，您可能会遇到以下几个术语：

有源（或同步）整流：一种通过用有源控制开关（如晶体管，通常是功率MOSFET或功率BJT）取代二极管来提高整流效率的技术。

优点：通过比较栅极电荷（Qg）与RDS（on）来评估MOSFET的方法

VRM：电压调节器模块是降压转换器，为微处理器提供适当的电源电压。

现在我们来看一下功率MOSFET的三个例子供您考虑。除了指向数据表的链接外，我们的网站上还提供了三种实时分销商采购和成本信息。

Vishay Si4800BDY N沟道降低Qg，快速开关MOSFET 30V

这是Vishay的低压TrenchFET®产品线的N-MOSFET。它拥有业界最低的RDS（on）和栅极电荷Qg，可提高开关模式电源的效率。它适用于需要低于30V的低压应用。随着效率的提高和功率密度的增加，需要散热。这些封装设计得很小，并配有一个大型散热垫，可直接连接到PCB的接地层，以实现热释放。高RDS（on）至栅极电荷Qg（0.030Ω至8.7 nC）。

单MOSFET SO-8焊盘图案显示散热片

这些N-FET设计用于在其VDS工作范围内稳定的RDS（on），如下图所示。用于制造这些晶体管的材料旨在最大化导通电阻，栅极电荷和寄生电容之间的权衡。如果您需要30V功率MOSFET，以提供约9A的负载电流，请考虑Vishay的Si4800BDY。

稳定的RDSON超过漏极电流负载需求

适用于此类低压MOSFET的应用是消费电子产品，包括计算机和手机，服务器，电信设备和无人机。

英飞凌BSC026N04LS N沟道OptiMOS™功率MOSFET 40V

这是英飞凌低压OptiMOS™产品系列的N沟道MOSFET。它提供出色的RDS（on）与Qg（2.6mΩ至32nC），以提高开关模式电源的效率。这种最新一代材料的RDS（on）降低了38％，使其成为降低运行期间功率损耗的理想选择。

英飞凌最新的功率MOSFET技术将RDS（on）降低38％

这些封装采用平面散热焊盘设计，可直接连接到PCB的接地层。更多的铜可以实现最佳的热释放，减少运行期间的热损

OptiMOS™40V是开关模式电源（SMPS）中的同步整流的理想选择，例如服务器和台式机中的那些。此外，这些器件还可用于广泛的工业应用，包括电机控制，电信，太阳能微逆变器和快速开关DC-DC转换器。

下图显示该MOSFET具有4V至10V栅极偏置选项，可最大限度地降低工作期间器件的功耗。此外，高于5V的栅极电压最适合保持稳定的RDS（on）。具有用于激活MOSFET的高栅极电压有利于减小由于栅极上的瞬变引起的影响。在启动期间减少门上的瞬变最小化或减轻了部件的错误开启。

英飞凌BSC026N04LS I-to-V和RDS（on）输出特性曲线图

英飞凌的目标是用于同步整流，隔离式DC-DC转换器，电机控制和Oring开关的功率MOSFET。如果您正在寻找40V功率MOSFET，以提供大约50A的负载电流，请考虑使用英飞凌BSC026N04LS。

On-Semiconductor FDMS8020 N通道PowerTrench®MOSFET30V

这是On-Semiconductor（原Fairchild）低压PowerTrench®产品系列的N沟道MOSFET。它规定栅极RDS（on）与Qg为3.6mΩ至43 nC。

该N沟道MOSFET专门设计用于提高整体效率，并使用同步或传统开关PWM控制器最大限度地减少DC / DC转换器的开关节点振铃。它针对低栅极电荷，低RDS（on），快速开关速度和体二极管反向恢复性能进行了优化。

与大多数采用小型表面贴装封装制造的功率MOSFET一样，提供了足够的铜垫用于散热。

On-Semiconductor FDMS8020热封装和封装

适用于此类功率MOSFET的应用包括用于台式机和服务器的VRM Vcore开关，OringFET和/或负载开关，DC-DC转换以及用作电机桥式开关。如果您正在寻找能够提供26A负载电流的30V功率MOSFET，请考虑使用On-Semiconductor FDMS8020。

功率MOSFET是精密元件，专用于尺寸和成本很重要的小型电源应用。在偏置时，您需要考虑导通电阻，栅极电容，栅极电荷和开关速度，以便在系统内实现最佳性能。我们查看了三个可能适用于您的应用程序的独立供应商的三个产品。Octopart有多种零件可供选择，以满足您的设计需求。

如果您对Power MOSFET器件选择有任何意见或建议，请在下面的注释中给我们留言。