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[导读]在复杂的电源设计中,金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的选择往往是事后才考虑的。毕竟,它只是一个三针设备。它有多复杂,对吧?但是任何喜欢生蚝的人都会(试图)告诉你,外表可能是骗人的。尝试选择正确的 MOSFET 或“FET”可能比我们想象的要复杂。

在复杂的电源设计中,金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的选择往往是事后才考虑的。毕竟,它只是一个三针设备。它有多复杂,对吧?但是任何喜欢生蚝的人都会(试图)告诉你,外表可能是骗人的。尝试选择正确的 MOSFET 或“FET”可能比我们想象的要复杂。

在这里我将分析从电源到电机控制的各种典型 FET 应用,并解决决定 FET 选择过程的各种问题和权衡。希望,无论我们 FET 新手还是高级应用工程师,下次当我们必须决定最适合我们的系统(和预算)的 MOSFET 时,我们会发现这个系列很有见地。

如何交叉引用 FET

一个常见且简单的 MOSFET 选择过程是为最终应用通常未知的 FET 寻找交叉参考。采购代表通常会向工程师提供一份详尽的客户正在使用的 FET 列表,但没有说明这些设备将如何使用。一些 FET 甚至可能会以多种配置在多个不同的板上使用,他们只是想看看我们是否可以提供类似的性能。

每个月,我都必须从我们的现场销售人员那里收到几十个请求,为我们的竞争对手的 FET 提供 TI“交叉”;虽然我们试图维护我们的内部交叉参考数据库,但跟踪每个 FET 供应商的整个 MOSFET 产品组合是一项有点徒劳的任务。因此,手动交叉的需求不会很快消失。因此,让我们将这个过程分解为三个简单的步骤:

1. 匹配包装。这可能是必要的,也可能不是必要的,这取决于最终应用板是否需要尺寸兼容性。如果不是这样,那可能会为更多选择打开大门,但总的来说,建议使用相同或更小的占用空间大小的东西是一个很好的做法。重要的是要记住,不同的 FET 供应商对不同的封装有不同的名称,尤其是在电源四方扁平无引线 (PQFN) 型器件方面。我们可以随时查看通常在数据表背面提供的机械图纸,以确认两个不同供应商封装的封装兼容性(参见图 1)。

 

1:TI 小外形无引线 (SON) 5mm x 6mm 封装推荐的印刷电路板 (PCB) 封装(绿色),覆盖在两个竞争对手的不同名称的 5mm x 6mm 表面贴装器件上(阴影和白色,分别)表明它们是足迹兼容的

2.匹配击穿电压。场效应管被设计用来阻挡一定的电压,因此交叉需要有一个等于或大于原始值的击穿电压。虽然选择具有更高击穿率的 FET 在技术上不是问题,但击穿电压越高,硅芯片的单位面积电阻 (RSP) 就越高,因此器件必须越昂贵才能实现类似的表现。将 60V FET 转换为 55V FET 可能没有问题,但如果性能相同,跨越 100V 到 30V,我们几乎肯定会看到巨大的价格差距。

3.匹配电阻。这是这个过程中最模糊的一步。一个常见的误解是电阻是所有 FET 应用中最关键的参数,但鉴于我们对最终应用一无所知,因此我们只需要了解电阻即可。与数据表中的任何其他内容相比,它仍然是一个更好的性能指标,例如 众所周知的不可靠 的额定电流或栅极电荷,这可能与使用 FET 的设计相关,也可能不相关。匹配电阻时,我们可以使用典型值或最大值,因为数据表提供了两者(工程师通常设计到最大值),但这样做时保持一致很重要。一个好的经验法则是,如果两个 FET 的电阻在 ±20% 范围内,则它们的匹配度相当接近。

在将 FET 放置在电路板上之前,还有很多因素需要考虑,但是这三个检查是一个很好的起点。TI 的 MOSFET参数搜索(如图 2 所示)可以快速轻松地在三个参数中进行在线选择。

 

2:TI 的参数搜索使我们可以根据封装、击穿电压和电阻以及其他参数轻松选择 MOSFET

最后一点要注意的是,关注成本总是值得的。较旧的硅片一代可能需要更多的硅片才能实现类似的性能,虽然大多数供应商不会宣传其产品组合中每个设备的硅片代,但他们会提供相对 1,000 单位的定价,这应该会给你一些指示。如果我们遇到过两种不同的器件,它们具有相同的封装、电压和相似的电阻,但价格却大相径庭,那么价格较低的器件很可能是一种较新的解决方案,并且通常是更好的推荐(尽管本系列的未来部分将研究不一定是这种情况的应用程序)。



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