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額定電流與殼溫的關(guān)系、導通電阻與結溫的關(guān)系、導通電阻產(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在最高結溫時(shí)流過(guò)額定電流一半的狀態(tài)下導通電壓降為：

如此高的導通電壓接近直流母線(xiàn)電壓的3%，也就是說(shuō)僅僅開(kāi)關(guān)管的導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MOS管能承受這個(gè)額定電流，即使在系統產(chǎn)生尖峰電流時(shí)。

兩個(gè)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，MOS管處于穩態(tài)，此時(shí)電流連續通過(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，還必須計算導通損耗。在實(shí)際情況下，MOS管并不是理想的器件，因為在導電過(guò)程中會(huì )有電能損耗，這稱(chēng)之為導通損耗。

MOS管在"導通"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(zhù)變化。器件的功率耗損可由Iload2×RDS（ON）計算，由于導通電阻隨溫度變化，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。對系統設計人員來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，采用較低的電壓比較容易（較為普遍），而對于工業(yè)設計，可采用較高的電壓。注意RDS（ON）電阻會(huì )隨著(zhù)電流輕微上升。關(guān)于RDS（ON）電阻的各種電氣參數變化可在制造商提供的技術(shù)資料表中查到。

技術(shù)對器件的特性有著(zhù)重大影響，因為有些技術(shù)在提高最大VDS時(shí)往往會(huì )使RDS（ON）增大。

對于這樣的技術(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(kāi)發(fā)過(guò)程中采用了外延生長(cháng)柱/蝕刻柱工藝。

半導體開(kāi)發(fā)了稱(chēng)為SupeRFET的技術(shù)，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(guān)注十分重要，因為當標準MOSFET的擊穿電壓升高時(shí)，RDS（ON）會(huì )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(guān)系變成了線(xiàn)性關(guān)系。這樣，SuperFET器件便可在小晶片尺寸，甚至在擊穿電壓達到600V的情況下，實(shí)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(hù)來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)封裝尺寸的大幅減小。

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