對于電源方面的工程師、技術人員而言，相信大家對MOSFET都不會陌生。工程師們要選用某個型號的MOSFET時，首先要看的就是規格書/datasheet，拿到MOSFET的規格書/datasheet時，我們要怎么去理解那十幾頁到幾十頁的內容呢？

注：1. 后續內容中規格書/datasheet統一稱為datasheet；

      2. 本文中有關MOSFET datasheet的數據截圖來自英飛凌IPP60R190C6 datasheet。

1.關于VDS

Datasheet上電氣參數第一個就是V（BR）DSS，即DS擊穿電壓，也就是我們關心的MOSFET的耐壓。

此處V（BR）DSS的最小值是600V，是不是表示設計中只要MOSFET上電壓不超過600V MOSFET就能工作在安全狀態？

相信很多人的答案是“是”，曾經我也是這么認為的，但這個正確答案是“不是”。

這個參數是有條件的，這個最小值600V是在Tj=25℃的值，也就是只有在Tj=25℃時，MOSFET上電壓不超過600V才算是工作在安全狀態。

MOSFET V（BR）DSS是正溫度系數的，其實datasheet上有一張V（BR）DSS與Tj的關系圖（Table 17），如下：

要是電源用在寒冷的地方，環境溫度低到-40℃甚至更低的話，MOSFET V（BR）DSS值<560V，這時候600V就已經超過MOSFET耐壓了。

所以在MOSFET使用中，我們都會保留一定的VDS的電壓裕量，其中一點就是為了考慮到低溫時MOSFET V（BR）DSS值變小了，另外一點是為了應對各種惡例條件下開關機的VDS電壓尖峰。

2.ID和Rds（on）

相信大家都知道MOSFET最初都是按xA，xV的命名方式（比如20N60），慢慢的都轉變成Rds（on）和電壓的命名方式（比如IPx60R190C6，190就是指Rds（on））。

其實從電流到Rds(on)這種命名方式的轉變就表明ID和Rds（on）是有著直接聯系的，那么它們之間有什么關系呢？

（1）封裝能夠承受的損耗和封裝的散熱性能（熱阻）之間的關系；

（2）MOSFET通過電流ID產生的損耗；

（1），（2）聯立，計算得到ID和Rds（on）的關系。

從MOSFET Rds（on）與Tj的圖表中可以看到：Tj增加Rds（on）增大，即Rds（on）是正溫度系數，MOSFET的這一特性使得MOSFET易于并聯使用。

3.關于Vgs

相信這個值大家都熟悉，但是Vgs（th）是負溫度系數有多少人知道，你知道嗎？下面兩圖分別來自BSC010NE2LS和IPP075N15N3 G datasheet。

相信會有很多人沒有注意到Vgs（th）的這一特性，這也是正常的，因為高壓MOSFET的datasheet中壓根就沒有這個圖，這一點可能是因為高壓MOSFET的Vgs（th）值一般都是2.5V以上，高溫時也就到2V左右。但對于低壓MOSFET就有點不一樣了，很多低壓MOSFET的Vgs（th）在常溫時就很低，比如BSC010NE2LS的Vgs（th）是1.2V~2V，高溫時最低都要接近0.8V了，這樣只要在Gate有一個很小的尖峰就可能誤觸發MOSFET開啟從而引起整個電源系統異常。

所以，低壓MOSFET使用時一定要留意Vgs（th）的這個負溫度系數的特性。

4.關于Ciss，Coss，Qg

MOSFET帶寄生電容的等效模型

Ciss=Cgd+Cgs，Coss=Cgd+Cds，Crss=Cgd

Ciss，Coss，Crss的容值都是隨著VDS電壓改變而改變的，如下圖：

Qg

從此圖中能夠看出：

（1）Qg并不等于Qgs+Qgd；

（2）Vgs高，Qg大，而Qg大，驅動損耗大。

在半橋LLC拓撲中，在死區時間時，我們需要將上下橋臂中的一個MOSFET Coss上的電容從0充電到Vin，同時將另外一個MOSFET Coss上的電容從Vin放電到0，此時等效電容Ceq等于上下橋臂MOSFET的Ciss之和，但由于上下橋臂MOSFET上VDS電壓的差別，Ceq的電容將會如下圖：

在LLC拓撲中，減小死區時間可以提高效率，但過小的死區時間會導致無法實現ZVS。因此選擇在VDS在低壓時Coss較小的MOSFET可以讓LLC更加容易實現ZVS，死區時間也可以適當減小，從而提升效率。

5.體二極管的幾個參數

VSD，二極管正向壓降 ==>這個參數不是關注的重點；

trr，二極管反向回復時間 ==>越小越好；

Qrr，反向恢復電荷 ==>Qrr大小關系到MOSFET的開關損耗，越小越好，trr越小此值也會小。

6.關于SOA

SOA曲線可以分為4個部分：

（1）Rds_on的限制，如下圖紅色線附近部分

此圖中：

當VDS=1V時，Y軸對應的ID為2A，Rds=VDS/ID=0.5R ==>Tj=150℃時，Rds（on）約為0.5R。

當VDS=10V時，Y軸對應的ID為20A，Rds=VDS/ID=0.5R ==>Tj=150℃時，Rds（on）約為0.5R。

所以，此部分曲線中，SOA表現為Tj_max時RDS（on）的限制。

（2）最大脈沖電流限制，如下圖紅色線附近部分

此部分為MOSFET的最大脈沖電流限制，此最大電流對應ID_pulse。

（3）VBR（DSS）擊穿電壓限制，如下圖紅色線附近部分

此部分為MOSFET VBR（DSS）的限制，最大電壓不能超過VBR（DSS）==>所以在雪崩時，SOA圖是沒有參考意義的。

（4） 器件所能夠承受的最大的損耗限制，如下圖紅色線附近部分。

上述曲線是怎么來的？這里以圖中紅線附近的那條線（10us）來分析。

上圖中，1處電壓、電流分別為：88V，59A，2處電壓、電流分別為：600V，8.5A。

MOSFET要工作在SOA，即要讓MOSFET的結溫不超過Tj_max（150℃），Tj_max=Tc+PD*ZthJC，ZthJC為瞬態熱阻。

SOA圖中，D=0，即為single pulse，紅線附近的那條線上時間是10us即10^-5s，從瞬態熱阻曲線上可以得到ZthJC=2.4*10^-2。

從以上得到的參數可以計算出：

1處的Tj約為：25+88*59*2.4*10^-2=149.6℃；

2處的Tj約為：25+600*8.5*2.4*10^-2=147.4℃。

MOSFET datasheet上往往只有Tc=25和80℃時的SOA，但實際應用中不會剛好就是在Tc=25或者80℃，這時候就得想辦法把25℃或者80℃時的SOA轉換成實際Tc時的曲線。怎樣轉換呢？

把25℃時的SOA轉換成100℃時的曲線：

（1）在25℃的SOA上任意取一點，讀出VDS，ID，時間等信息。

如上圖，1處電壓、電流分別為：88V，59A，tp=10us。

計算出對應的功耗：PD=VDS*ID=88*59=5192（a）

PD=（Tj_max-Tc）/ZthJC-->此圖對應為Tc=25℃（b）

（a），（b）聯立，可以求得ZthJC=（Tj_max-25）/PD=0.024。

（2）對于同樣的tp的SOA線上，瞬態熱阻ZthJC保持不變，Tc=100℃，ZthJC=0.024。

（3）上圖中1點電壓為88V，Tc=100℃時，PD=（Tj_max-100）/ZthJC=2083。

從而可以算出此時最大電流為I=PD/VDS=2083/88=23.67A。

（4）同樣的方法可以算出電壓為600V，Tc=100℃時的最大電流。

（5）把電壓電流的坐標在圖上標出來，可以得到10us的SOA線，同樣的方法可以得到其他tp對應的SOA（當然這里得到的SOA還需要結合Tc=100℃時的其他限制條件）。

這里的重點就是ZthJC，瞬態熱阻在同樣tp和D的條件下是一樣的，再結合功耗，得到不同電壓條件下的電流。

ZthJC/瞬態熱阻計算：

（1）當占空比D不在ZthJC曲線中時，怎么計算？

（2）當tp<10us是，怎么計算？

[1]當占空比D不在ZthJC曲線中時：其中，SthJC(t)是single pulse對應的瞬態熱阻。

[2]當tp<10us時：

7.關于雪崩

EAS：單次雪崩能量，EAR：重復雪崩能量，IAR：重復雪崩電流。

雪崩時VDS，ID典型波形：

上圖展開后，如下：

MOSFET雪崩時，波形上一個顯著的特點是VDS電壓被鉗位，即上圖中VDS有一個明顯的平臺。

MOSFET雪崩的產生：

在MOSFET的結構中，實際上是存在一個寄生三極管的，如上圖。在MOSFET的設計中也會采取各種措施去讓寄生三極管不起作用，如減小P+Body中的橫向電阻RB。

正常情況下，流過RB的電流很小，寄生三極管的VBE約等于0，三極管是處在關閉狀態。

雪崩發生時，如果流過RB的雪崩電流達到一定的大小，VBE大于三極管VBE的開啟電壓，寄生三極管開通，這樣將會引起MOSFET無法正常關斷，從而損壞MOSFET。

因此，MOSFET的雪崩能力主要體現在以下兩個方面：

（1）最大雪崩電流==>IAR；

（2）MOSFET的最大結溫Tj_max==>EAS、EAR 雪崩能量引起發熱導致的溫升。

單次雪崩能量計算：

上圖是典型的單次雪崩VDS,ID波形，對應的單次雪崩能量為：

其中，VBR=1.3BVDSS, L為提供雪崩能量的電感

雪崩能量的典型測試電路如下：

計算出來EAS后，對比datasheet上的EAS值，若在datasheet的范圍內，則可認為是安全的(當然前提是雪崩電流

同時，還得注意，EAS隨結溫的增加是減小的。

重復雪崩的計算：

上圖為典型的重復雪崩波形，對應的重復雪崩能量為：

其中，VBR=1.3BVDSS。
計算出來EAR后，對比datasheet上的EAR值，若在datasheet的范圍內，則可認為是安全的（此處默認重復雪崩電流同時也得考慮結溫的影響）。

8.針對不同的拓撲，對MOSFET的參數有什么不同的要求呢？怎么選擇適合的MOSFET？

（1）反激

反激由于變壓器漏感的存在，MOSFET會存在一定的尖峰，因此反激選擇MOSFET時，我們要注意耐壓值。通常對于全電壓的輸入，MOSFET耐壓（BVDSS）得選600V以上，一般會選擇650V。

若是QR反激，為了提高效率，我們會讓MOSFET開通時的谷底電壓盡量低，這時需要取稍大一些的反射電壓，這樣MOSFET的耐壓值得選更高，通常會選擇800V MOSFET。

（2）PFC、雙管正激等硬開關

a）對于PFC、雙管正激等常見硬開關拓撲，MOSFET沒有像反激那么高的VDS尖峰，通常MOSFET耐壓可以選500V，600V。

b）硬開關拓撲MOSFET存在較大的開關損耗，為了降低開關損耗，我們可以選擇開關更快的MOSFET。而Qg的大小直接影響到MOSFET的開關速度，選擇較小Qg的MOSFET有利于減小硬開關拓撲的開關損耗。

（3）LLC諧振、移相全橋等軟開關拓撲

LLC、移相全橋等軟開關拓撲的軟開關是通過諧振，在MOSFET開通前讓MOSFET的體二極管提前開通實現的。由于二極管的提前導通，在MOSFET開通時二極管的電流存在一個反向恢復，若反向恢復的時間過長，會導致上下管出現直通，損壞MOSFET。因此在這一類拓撲中，我們需要選擇trr，Qrr小，也就是選擇帶有快恢復特性的體二極管的MOSFET。

（4）防反接，Oring MOSFET

這類用法的作用是將MOSFET作為開關，正常工作時管子一直導通，工作中不會出現較高的頻率開關，因此管子基本上無開關損耗，損耗主要是導通損耗。選擇這類MOS時，我們應該主要考慮Rds（on），而不去關心其他參數。