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N/P结构的MOS管选型有何不同?——从开关性能、封装形式两方面考虑

发表时间:2022-11-16
来源:网络整理
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金誉半导体在接到客户咨询关于MOS管的时候,总会被问到一个问题:怎么选择合适的MOS管?关于这一个问题,金誉半导体昨天针对这个问题,在电压、电流方面已经做出了部分解释,今天我们来看其他方面的影响。

 

确定N、P沟道的选择

选型之前我们要清楚MOS管的原理:MOS管有两种结构形式,即N沟道型和P沟道型,结构不一样,使用的电压极性也会不一样,因此,在确定选择哪种产品前,首先需要确定采用N沟道还是P沟道MOS管。

 

MOS管的两种结构:N沟道型和P沟道型

由于制造工艺的原因,P沟的MOS管通常比N沟的MOS管具有更大的导通电阻,这意味着导通功耗会更大。这是选择时需要注意的地方。一般而言,如果是低边开关应用,使用N沟MOS管是首选,驱动方便,选择灵活。如果是高边开关应用,P沟MOS管驱动相对简单,但导通电阻相对较大,价格相对较高。N沟MOS管驱动比较复杂,一般需要额外的电源或者自动驱动。

 

确定热要求

散热要求方面设计人员必须考虑两种不同的情况:最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果,因为这个结果提供更大的安全余量,能确保系统不会失效。在MOS管的资料表上还有一些需要注意的测量数据,比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻,以及最大的结温。

器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积,即结温=最大环境温度(热阻×功率耗散)。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散=I2×RDS(ON)。

由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流,因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。值得注意的是,在处理简单热模型时,设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温。

确定开关性能

选择MOS管的最后一步是确定其开关性能。影响开关性能的参数有很多,但最重要的是栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容。因为在每次开关时都要对这些电容充电,会在器件中产生开关损耗;MOS管的开关速度也因此被降低,器件效率随之下降;其中,栅极电荷(Qgd)对开关性能的影响最大。

为计算开关过程中器件的总损耗,设计人员必须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损耗(Eoff),进而推导出MOS管开关总功率:Psw=(EonEoff)×开关频率。

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封装因素考量

不同的封装尺寸MOS管具有不同的热阻和耗散功率,需要考虑系统的散热条件和环境温度(如是否有风冷、散热器的形状和大小限制、环境是否封闭等因素),基本原则就是在保证功率MOS管的温升和系统效率的前提下,选取参数和封装更通用的功率MOS管。

小到选N型还是P型、封装类型,大到MOSFET的耐压、导通电阻等,不同的应用需求千变万化,工程师在选择MOS管时,一定要依据电路设计需求及MOS管工作场所来选取合适的MOS管,从而获得最佳的产品设计体验。当然,在考虑性能的同时,成本也是选择的因素之一,只有高性价比的产品,才能让工程师设计的产品在品质与收益中达到平衡。