科普 | 功率器件——MOSFET

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功率放大电路是专门设计用于输出较大功率的电路，它需要同时提供高电压和高电流，因此管子通常处于接近其极限的工作状态。直接驱动负载时，功率放大电路的负载能力要强。在众多功率器件中，功率MOSFET（Metal Oxide Semicoductor Field Effect Transistor）是应用较为广泛的一种。

功率MOSFET的全称是金属氧化物半导体场效应管，它由金属、氧化物（SiO2或SiN）及半导体材料组成，用于输出较大工作电流（几安到几十安），广泛应用于功率输出级。功率MOSFET可分为增强型和耗尽型，根据沟道又分为N沟道型和P沟道型。

在开关电源设计中，功率MOSFET是常用器件之一。MOS管制造商通常使用RDS(ON)参数来定义导通阻抗。在ORing FET应用中，RDS(ON)是关键的器件特性。数据手册定义RDS(ON)与栅极（或驱动）电压VGS以及流经开关的电流相关，但在充分的栅极驱动下，RDS(ON)是相对静态的参数。

在电源设计中，降低RDS(ON)值对减小MOS管数量、降低成本至关重要。并联MOS管可以有效降低RDS(ON)，在DC电路中，等效阻抗小于每个负载单独的阻抗值，如两个并联的2Ω电阻相当于1Ω电阻。因此，低RDS(ON)值的MOS管，如额定电流大的器件，能帮助减少电源中MOS管的数量。

在选择MOS管时，还应关注数据手册上的安全工作区（SOA）曲线，它描述了漏极电流和漏源电压的关系，定义了MOSFET的安全工作范围。在ORing FET应用中，主要关注FET在“完全导通状态”下的电流传送能力，通常无需SOA曲线即可获得漏极电流值。

在反激电路中，常用IRF540，其参数为VDSS为100V，RDS=0.055欧姆，ID为22A。MOSFET在关断瞬间承受最大电压，与负载类型紧密相关。计算出或测出最大电压后，留有裕量（20%~30%），即可确定所需MOSFET的额定电压VDS值。在感性负载情况下，还需考虑并联续流二极管和RC缓冲电路来保护MOSFET。

在计算额定电流时，还需考虑连续工作电流值和脉冲电流尖峰值（Spike和Surge），这些参数决定所需的额定电流值。功率场效应管作为新一代放大元件，具有负的电流温度系数，适用于大功率和大电流工作条件。与双极型功率晶体管相比，场效应管具有驱动简单、开关速度高、无二次击穿、导体电压高、开关损耗小等优势。

功率MOSFET与双极型功率晶体管相比，主要在驱动方式、开关速度、安全工作区、导体电压、峰值电流、成本、热击穿效应和开关损耗等方面存在差异。此外，功率MOSFET大多集成阻尼二极管，而双极型功率晶体管通常不具备这一特性。场效应管内的阻尼二极管为开关电源感性线圈提供无功电流通路，但需额外并联超快速二极管来确保性能。