本文概括了一些MOSFET的關鍵指標，這些指標在數據表上是如何表述的，以及你理解這些指標所要用到的清晰圖片。像大多數電子器件一樣，MOSFET也受到工作溫度的影響。所以很重要的一點是了解測試條件，所提到的指標是在這些條件下應用的。還有很關鍵的一點是弄明白你在產品簡介里看到的這些指標是最大或是典型值，因為有些數據表并沒有說清楚。

一位工程師曾經對我講，他從來不看MOSFET數據表的第一頁，因為實用的信息只在第二頁以后才出現。事實上，MOSFET數據表上的每一頁都包含有對設計者非常有價值的信息。但人們不是總能搞得清楚該如何解讀制造商提供的數據。本文概括了一些MOSFET的關鍵指標，這些指標在數據表上是如何表述的，以及你理解這些指標所要用到的清晰圖片。像大多數電子器件一樣，MOSFET也受到工作溫度的影響。所以很重要的一點是了解測試條件，所提到的指標是在這些條件下應用的。還有很關鍵的一點是弄明白你在產品簡介里看到的這些指標是最大或是典型值，因為有些數據表并沒有說清楚。

電壓等級

確定MOSFET的首要特性是其漏源電壓VDS，或漏源擊穿電壓，這是在柵極短路到源極，漏極電流在250A情況下，MOSFET所能承受的保證不損壞的最高電壓。VDS也被稱為25℃下的絕對最高電壓，但是一定要記住，這個絕對電壓與溫度有關，而且數據表里通常有一個VDS溫度系數。你還要明白，最高VDS是直流電壓加上可能在電路里存在的任何電壓尖峰和紋波。例如，如果你在電壓30V并帶有100mV、5ns尖峰的電源里使用30V器件，電壓就會超過器件的絕對最高限值，器件可能會進入雪崩模式。在這種情況下，MOSFET的可靠性沒法得到保證。

在高溫下，溫度系數會顯著改變擊穿電壓。例如，一些600V電壓等級的N溝道MOSFET的溫度系數是正的，在接近最高結溫時，溫度系數會讓這些MOSFET變得象650VMOSFET。很多MOSFET用戶的設計規則要求10%～20%的降額因子。在一些設計里，考慮到實際的擊穿電壓比25℃下的額定數值要高5%~10%，會在實際設計中增加相應的有用設計裕量，對設計是很有利的。

對正確選擇MOSFET同樣重要的是理解在導通過程中柵源電壓VGS的作用。這個電壓是在給定的最大RDS(on)條件下，能夠確保MOSFET完全導通的電壓。這就是為什么導通電阻總是與VGS水平關聯在一起的原因，而且也是只有在這個電壓下才能保證器件導通。一個重要的設計結果是，你不能用比用于達到RDS(on)額定值的最低VGS還要低的電壓，來使MOSFET完全導通。例如，用3.3V微控制器驅動MOSFET完全導通，你需要用在VGS=2.5V或更低條件下能夠導通的MOSFET。

導通電阻，柵極電荷，以及優值系數

MOSFET的導通電阻總是在一個或多個柵源電壓條件下確定的。最大RDS(on)限值可以比典型數值高20%～50%。RDS(on)最大限值通常指的25℃結溫下的數值，而在更高的溫度下，RDS(on)可以增加30%～150%，如圖1所示。由于RDS(on)隨溫度而變，而且不能保證最小的電阻值，根據RDS(on)來檢測電流不是很準確的方法。

圖1RDS(on)在最高工作溫度的30%～150%這個范圍內隨溫度增加而增加

導通電阻對N溝道和P溝道MOSFET都是十分重要的。在開關電源中，Qg是用在開關電源里的N溝道MOSFET的關鍵選擇標準，因為Qg會影響開關損耗。這些損耗有兩個方面影響：一個是影響MOSFET導通和關閉的轉換時間；另一個是每次開關過程中對柵極電容充電所需的能量。要牢記的一點是，Qg取決于柵源電壓，即使用更低的Vgs可以減少開關損耗。

作為一種快速比較準備用在開關應用里MOSFET的方式，設計者經常使用一個單數公式，公式包括表示傳導損耗RDS(on)及表示開關損耗的Qg：RDS(on)xQg。這個優值系數(FOM)總結了器件的性能，可以用典型值或最大值來比較MOSFET。要保證在器件中進行準確的比較，你需要確定用于RDS(on)和Qg的是相同的VGS，在公示里典型值和最大值沒有碰巧混在一起。較低的FOM能讓你在開關應用里獲得更好的性能，但是不能保證這一點。只有在實際的電路里才能獲得最好的比較結果，在某些情況下可能需要針對每個MOSFET對電路進行微調。

額定電流和功率耗散

基于不同的測試條件，大多數MOSFET在數據表里都有一個或多個的連續漏極電流。你要仔細看看數據表，搞清楚這個額定值是在指定的外殼溫度下(比如TC=25℃)，或是環境溫度(比如TA=25℃)。這些數值當中哪些是最相關將取決于器件的特性和應用(見圖2)。

圖2全部絕對最大電流和功率數值都是真實的數據

對于用在手持設備里的小型表面貼裝器件，關聯度最高的電流等級可能是在70℃環境溫度下的電流，對于有散熱片和強制風冷的大型設備，在TA=25℃下的電流等級可能更接近實際情況。對于某些器件來說，管芯在其最高結溫下能夠處理的電流要高于封裝所限定的電流水平，在一些數據表，這種管芯限定的電流等級是對封裝限定電流等級的額外補充信息，可以讓你了解管芯的魯棒性。

對于連續的功率耗散也要考慮類似的情況，功耗耗散不僅取決于溫度，而且取決于導通時間。設想一個器件在TA=70℃情況下，以PD=4W連續工作10秒鐘。構成連續時間周期的因素會根據MOSFET封裝而變化，所以你要使用數據表里的標準化熱瞬態阻抗圖，看經過10秒、100秒或10分鐘后的功率耗散是什么樣的。如圖3所示，這個專用器件經過10秒脈沖后的熱阻系數大約是0.33，這意味著經過大約10分鐘后，一旦封裝達到熱飽和，器件的散熱能力只有1.33W而不是4W，盡管在良好冷卻的情況下器件的散熱能力可以達到2W左右。

圖3MOSFET在施加功率脈沖情況下的熱阻

實際上，我們可以把MOSFET選型分成四個步驟。

第一步：選用N溝道還是P溝道

為設計選擇正確器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道MOSFET。在典型的功率應用中，當一個MOSFET接地，而負載連接到干線電壓上時，該MOSFET就構成了低壓側開關。在低壓側開關中，應采用N溝道MOSFET，這是出于對關閉或導通器件所需電壓的考慮。當MOSFET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MOSFET，這也是出于對電壓驅動的考慮。

要選擇適合應用的器件，必須確定驅動器件所需的電壓，以及在設計中最簡易執行的方法。下一步是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MOSFET不會失效。就選擇MOSFET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MOSFET能承受的最大電壓會隨溫度而變化這點十分重要。設計人員必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。設計工程師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。

第二步：確定額定電流

第二步是選擇MOSFET的額定電流。視電路結構而定，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，設計人員必須確保所選的MOSFET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，MOSFET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。

選好額定電流后，還必須計算導通損耗。在實際情況下，MOSFET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。MOSFET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Iload2RDS(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MOSFET施加的電壓VGS越高，RDS(ON)就會越小；反之RDS(ON)就會越高。對系統設計人員來說，這就是取決于系統電壓而需要折中權衡的地方。對便攜式設計來說，采用較低的電壓比較容易(較為普遍)，而對于工業設計，可采用較高的電壓。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。

技術對器件的特性有著重大影響，因為有些技術在提高最大VDS時往往會使RDS(ON)增大。對于這樣的技術，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的開發成本。業界現有好幾種試圖控制晶片尺寸增加的技術，其中最主要的是溝道和電荷平衡技術。

在溝道技術中，晶片中嵌入了一個深溝，通常是為低電壓預留的，用于降低導通電阻RDS(ON)。為了減少最大VDS對RDS(ON)的影響，開發過程中采用了外延生長柱/蝕刻柱工藝。例如，飛兆半導體開發了稱為SuperFET的技術，針對RDS(ON)的降低而增加了額外的制造步驟。

這種對RDS(ON)的關注十分重要，因為當標準MOSFET的擊穿電壓升高時，RDS(ON)會隨之呈指數級增加，并且導致晶片尺寸增大。SuperFET工藝將RDS(ON)與晶片尺寸間的指數關系變成了線性關系。這樣，SuperFET器件便可在小晶片尺寸，甚至在擊穿電壓達到600V的情況下，實現理想的低RDS(ON)。結果是晶片尺寸可減小達35%。而對于最終用戶來說，這意味著封裝尺寸的大幅減小。

第三步：確定熱要求

選擇MOSFET的下一步是計算系統的散熱要求。設計人員必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MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數據；比如封裝器件的半導體結與環境之間的熱阻，以及最大的結溫。

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])。根據這個方程可解出系統的最大功率耗散，即按定義相等于I2RDS(ON)。由于設計人員已確定將要通過器件的最大電流，因此可以計算出不同溫度下的RDS(ON)。值得注意的是，在處理簡單熱模型時，設計人員還必須考慮半導體結/器件外殼及外殼/環境的熱容量；即要求印刷電路板和封裝不會立即升溫。

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。該電流將耗散功率，使器件的溫度升高，而且有可能損壞器件。半導體公司都會對器件進行雪崩測試，計算其雪崩電壓，或對器件的穩健性進行測試。計算額定雪崩電壓有兩種方法；一是統計法，另一是熱計算。而熱計算因為較為實用而得到廣泛采用。不少公司都有提供其器件測試的詳情，如飛兆半導體提供了PowerMOSFETAvalancheGuidelines（PowerMOSFETAvalancheGuidelines--可以到Fairchild網站去下載）。除計算外，技術對雪崩效應也有很大影響。例如，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。對最終用戶而言，這意味著要在系統中采用更大的封裝件。

第四步：決定開關性能

選擇MOSFET的最后一步是決定MOSFET的開關性能。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。MOSFET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，設計人員必須計算開通過程中的損耗(Eon)和關閉過程中的損耗(Eoff)。MOSFET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。

基于開關性能的重要性，新的技術正在不斷開發以解決這個開關問題。芯片尺寸的增加會加大柵極電荷；而這會使器件尺寸增大。為了減少開關損耗，新的技術如溝道厚底氧化已經應運而生，旨在減少柵極電荷。舉例說，SuperFET這種新技術就可通過降低RDS(ON)和柵極電荷(Qg)，最大限度地減少傳導損耗和提高開關性能。這樣，MOSFET就能應對開關過程中的高速電壓瞬變(dv/dt)和電流瞬變(di/dt)，甚至可在更高的開關頻率下可靠地工作。