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MOS设计选型及损耗计算资料下载
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2021-04-16
吴藩
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MOS设计选型的几个基本原则
建议初选之基本步骤：
1 电压应力
在电源电路应用中，往往首先考虑漏源电压 VDS 的选择。在此上的基本原则为 MOSFET 实际工作环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的 90% 。即：
VDS_peak ≤ 90% * V(BR)DSS
注：一般地， V(BR)DSS 具有正温度系数。故应取设备最低工作温度条件下之 V(BR)DSS 值作为参考。
2 漏极电流
其次考虑漏极电流的选择。基本原则为 MOSFET 实际工作环境中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏源电流的 90% ；漏极脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的 90% 即：
ID_max ≤ 90% * ID
ID_pulse ≤ 90% * IDP
注：一般地， ID_max 及 ID_pulse 具有负温度系数，故应取器件在最大结温条件下之 ID_max 及 ID_pulse 值作为参考。器件此参数的选择是极为不确定的—主要是受工作环境，散热技术，器件其它参数（如导通电阻，热阻等）等相互制约影响所致。最终的判定依据是结点温度（即如下第六条之“耗散功率约束”）。根据经验，在实际应用中规格书目中之 ID 会比实际最大工作电流大数倍，这是因为散耗功率及温升之限制约束。在初选计算时期还须根据下面第六条的散耗功率约束不断调整此参数。建议初选于 3~5 倍左右 ID = (3~5)*ID_max 。
3 驱动要求
MOSFEF 的驱动要求由其栅极总充电电量（ Qg ）参数决定。在满足其它参数要求的情况下，尽量选择 Qg 小者以便驱动电路的设计。驱动电压选择在保证远离最大栅源电压（ VGSS ）前提下使 Ron 尽量小的电压值（一般使用器件规格书中的建议值）
4 损耗及散热
小的 Ron 值有利于减小导通期间损耗，小的 Rth 值可减小温度差（同样耗散功率条件下），故有利于散热。
5 损耗功率初算
MOSFET 损耗计算主要包含如下 8 个部分：
PD = Pon Poff Poff_on Pon_off Pds Pgs Pd_f Pd_recover
详细计算公式应根据具体电路及工作条件而定。例如在同步整流的应用场合，还要考虑体内二极管正向导通期间的损耗和转向截止时的反向恢复损耗。损耗计算可参考下文的“MOS管损耗的8个组成部分”部分。
6 耗散功率约束
器件稳态损耗功率 PD,max 应以器件最大工作结温度限制作为考量依据。如能够预先知道器件工作环境温度，则可以按如下方法估算出最大的耗散功率：
PD,max ≤ （ Tj,max - Tamb ） / Rθj-a
其中 Rθj-a 是器件结点到其工作环境之间的总热阻 , 包括 Rθjuntion-case,Rθcase-sink,Rθsink-ambiance 等。如其间还有绝缘材料还须将其热阻考虑进去。
MOS管损耗的8个组成部分
在器件设计选择过程中需要对 MOSFET 的工作过程损耗进行先期计算（所谓先期计算是指在没能够测试各工作波形的情况下，利用器件规格书提供的参数及工作电路的计算值和预计波形，套用公式进行理论上的近似计算）。
MOSFET 的工作损耗基本可分为如下几部分：
1 导通损耗Pon
导通损耗,指在 MOSFET 完全开启后负载电流（即漏源电流） IDS(on)(t) 在导通电阻 RDS(on) 上产生之压降造成的损耗。
导通损耗计算
先通过计算得到 IDS(on)(t) 函数表达式并算出其有效值 IDS(on)rms ，再通过如下电阻损耗计算式计算：
Pon=IDS(on)rms2 × RDS(on) × K × Don
说明
计算 IDS(on)rms 时使用的时期仅是导通时间 Ton ，而不是整个工作周期 Ts ； RDS(on) 会随 IDS(on)(t) 值和器件结点温度不同而有所不同，此时的原则是根据规格书查找尽量靠近预计工作条件下的 RDS(on) 值（即乘以规格书提供的一个温度系数 K ）。
2 截止损耗Poff
截止损耗，指在 MOSFET 完全截止后在漏源电压 VDS(off) 应力下产生的漏电流 IDSS 造成的损耗。
截止损耗计算
先通过计算得到 MOSFET 截止时所承受的漏源电压 VDS(off) ，在查找器件规格书提供之 IDSS ，再通过如下公式计算：
Poff=VDS(off) × IDSS ×（ 1-Don ）
说明
IDSS 会依 VDS(off) 变化而变化，而规格书提供的此值是在一近似 V(BR)DSS 条件下的参数。如计算得到的漏源电压 VDS(off) 很大以至接近 V(BR)DSS 则可直接引用此值，如很小，则可取零值，即忽略此项。
3 开启过程损坏
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倾听风雨
2021-04-16
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