解析|MOS管電流選擇-額定電流-KIA MOS管

MOS開(kāi)關(guān)管額定電流的選擇

MOS管電流選擇：開(kāi)關(guān)管額定電流的選擇是對(duì)額定電流與殼溫的關(guān)系、導(dǎo)通電阻與結(jié)溫的關(guān)系、導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的電壓降等因素的綜合。

從額定電流與殼溫的關(guān)系，需要選擇開(kāi)關(guān)管的額定電流為開(kāi)關(guān)實(shí)際峰值電流的2倍。考慮到高壓MOS管的導(dǎo)通電阻比較高，所產(chǎn)生的電壓降也會(huì)比較高。如IRFBC40在最高結(jié)溫時(shí)流過(guò)額定電流一半的狀態(tài)下導(dǎo)通電壓降為：

如此高的導(dǎo)通電壓接近直流母線電壓的3%，也就是說(shuō)僅僅開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電壓就可以造成開(kāi)關(guān)電源3%效率的丟失。這是不能容忍的，因此需要進(jìn)一步降額，也就是說(shuō)至少要將開(kāi)關(guān)管的額定電流增大到開(kāi)關(guān)管實(shí)際的峰值電流4倍，這樣可以將導(dǎo)通電壓峰值降低到4.2V。

通過(guò)以上分析可以看到，開(kāi)關(guān)管額定電流的選擇并不是單純的直接選擇額定電流就可以了，而是需要大幅度的降額，要降額到25%或更低才能保證開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗不到于過(guò)高。

MOS管電流選擇-選擇MOS管的額定電流

視電路結(jié)構(gòu)而定，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，設(shè)計(jì)人員必須確保所選的MOS管能承受這個(gè)額定電流，即使在系統(tǒng)產(chǎn)生尖峰電流時(shí)。

兩個(gè)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，MOS管處于穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電流連續(xù)通過(guò)器件。脈沖尖峰是指有大量電涌（或尖峰電流）流過(guò)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(gè)最大電流的器件便可。

選好額定電流后，還必須計(jì)算導(dǎo)通損耗。在實(shí)際情況下，MOS管并不是理想的器件，因?yàn)樵趯?dǎo)電過(guò)程中會(huì)有電能損耗，這稱之為導(dǎo)通損耗。

MOS管在"導(dǎo)通"時(shí)就像一個(gè)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(huì)隨之按比例變化。

對(duì)MOS管施加的電壓VGS越高，RDS（ON）就會(huì)越小；反之RDS（ON）就會(huì)越高。對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，這就是取決于系統(tǒng)電壓而需要折中權(quán)衡的地方。

對(duì)便攜式設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，采用較低的電壓比較容易（較為普遍），而對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)，可采用較高的電壓。注意RDS（ON）電阻會(huì)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。

技術(shù)對(duì)器件的特性有著重大影響，因?yàn)橛行┘夹g(shù)在提高最大VDS時(shí)往往會(huì)使RDS（ON）增大。

對(duì)于這樣的技術(shù)，如果打算降低VDS和RDS（ON），那么就得增加晶片尺寸，從而增加與之配套的封裝尺寸及相關(guān)的開(kāi)發(fā)成本。業(yè)界現(xiàn)有好幾種試圖控制晶片尺寸增加的技術(shù)，其中最主要的是溝道和電荷平衡技術(shù)。

在溝道技術(shù)中，晶片中嵌入了一個(gè)深溝，通常是為低電壓預(yù)留的，用于降低導(dǎo)通電阻RDS（ON）。為了減少最大VDS對(duì)RDS（ON）的影響，開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用了外延生長(zhǎng)柱/蝕刻柱工藝。

半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)了稱為SupeRFET的技術(shù)，針對(duì)RDS（ON）的降低而增加了額外的制造步驟。這種對(duì)RDS（ON）的關(guān)注十分重要，因?yàn)楫?dāng)標(biāo)準(zhǔn)MOSFET的擊穿電壓升高時(shí)，RDS（ON）會(huì)隨之呈指數(shù)級(jí)增加，并且導(dǎo)致晶片尺寸增大。

SuperFET工藝將RDS（ON）與晶片尺寸間的指數(shù)關(guān)系變成了線性關(guān)系。這樣，SuperFET器件便可在小晶片尺寸，甚至在擊穿電壓達(dá)到600V的情況下，實(shí)現(xiàn)理想的低RDS（ON）。結(jié)果是晶片尺寸可減小達(dá)35%.而對(duì)于最終用戶來(lái)說(shuō)，這意味著封裝尺寸的大幅減小。

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