芯耀
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相信電子相關專業(yè)出身的人對MOSFET肯定很熟悉，它是集成電路的基本元器件，和其它無源及有源器件共同組成現(xiàn)在的大規(guī)模集成電路，單個MOSFET亦或者多個MOSFET組合使用都可以在相關電路中發(fā)揮不同的作用。今天，小為由簡入繁，僅從功率NMOS入手，為大家介紹其在應用時主要關注的參數(shù)、相關應用場景及相關的艾為產(chǎn)品線。
對于功率MOSFET器件本身來講，靜態(tài)參數(shù)中耐壓值VDSS、開啟電壓值VGS(th)、連續(xù)漏極電流ID和脈沖電流IDM及導通阻抗RDS(on)是最重要的；不同的應用場景中對輸入電容Ciss、反向傳輸電容Crss和輸出電容Coss等動態(tài)參數(shù)和包括Qg在內的開關參數(shù)均有要求。
☆極限耐壓VDSS
VDSS一般給出的是25℃以下的最小值，含義是在25℃條件下，DS兩端的最大電壓值不超過這個值，才是安全的工作狀態(tài)，一旦超過該值可能對芯片造成損壞。
GS短接，DS之間加電壓記錄電流，電流值達到250μA時對應的電壓值就認為是極限耐壓值，和二極管的反向特性曲線比較類似。
VDSS是正溫度系數(shù)的參數(shù)，隨著溫度的降低該值逐漸減小，在-40℃的低溫條件下，芯片的耐壓值相對標稱值就已經(jīng)偏小了。實際的VDSS相對于標稱值會存在30%左右的裕量。
☆開啟電壓VGS(th)
使MOSFET溝道打開的GS兩端電壓差即為VGS(th)。溝道開啟不需要構成完整的回路，GS兩端壓差達到VGS(th)就形成了導電溝道，GS兩端連接電源，通常將S端接地，上電后電源給兩個端口間的等效寄生電容Cgs充電，直到GS兩端的電壓能夠使溝道開啟，MOSFET開通后輸入端的電流在nA級別。
此外，還需要說明的是，VGS(th)具有負溫度系數(shù)特性。對于低壓MOSFET來講，需要注意在高溫下誤開啟對電路造成的影響。
☆連續(xù)漏極電流ID和脈沖漏極電流IDM
在介紹RDS(on)之前需要說明一下電流ID的定義，其是指芯片在最大額定結溫(一般為150℃)下，管表面溫度為25℃或更高溫度下，可允許通過的最大連續(xù)直流電流。
ID與RDS(on)的關系如下圖所示，其中RθJC表示結到封裝外殼的穩(wěn)態(tài)熱阻，功率損失的結果是使器件自身產(chǎn)生熱量，熱阻就是要將芯片產(chǎn)生的熱量和功耗聯(lián)系起來。最大額定結溫限制芯片消耗的最大功率與芯片實際消耗的功率近似相等，從而得到ID的計算值，實際ID與具體的封裝有關。
IDM表示的是芯片對脈沖電流的處理能力，應用時當負載發(fā)生短路，關注管子可以承受的瞬態(tài)電流峰值及關斷響應時間。
為何需要定義該參數(shù)呢？
如果MOSFET穩(wěn)定工作在可變電阻區(qū)，ID的增大會提高VDS的值，由此增大導通損耗，長時間高功率工作時，將導致器件失效。某一確定的VGS下對應恒流區(qū)的漏極電流值遠遠大于系統(tǒng)的最大工作電流，MOSFET開通先經(jīng)過米勒平臺區(qū)再進入可變電阻區(qū)，米勒平臺區(qū)對應的VGS值與系統(tǒng)的最大工作電流需要滿足輸出或轉移特性曲線。換句話說，輸出或轉移特性曲線限制著流過管子的最大電流值。
☆導通阻抗RDS(on)
RDS(on)是在特定的ID和VGS下測得的DS之間的電阻值。MOSFET工作在穩(wěn)定的導通狀態(tài)時，RDS(on)具有正溫度系數(shù)的特性，溫度升高、阻值增大，相同電壓下電流減小，因此并聯(lián)使用時可以自動均流實現(xiàn)平衡。
RDS(on)與導通損耗直接相關，在低壓大電流應用場景下通常選擇RDS(on)較小的MOSFET，而高壓小電流則允許RDS(on)稍大。
MOSFET的動態(tài)參數(shù)、開關參數(shù)及雪崩相關參數(shù)需要搭配具體的外部電路得到相應的數(shù)值，在具體的應用場景中需要加以考慮。比如作為開關應用時，一般需要MOSFET的響應速度較快，從而減小開關損耗。
小為在這對參數(shù)的定義就不展開敘述了，大家可以根據(jù)具體的應用場景選擇對應的參數(shù)。
通過輸出特性曲線可以更好地理解MOSFET的工作原理，其中的某一條曲線是在給定VGS(VGS> VGS(th))的前提下，逐漸增大VDS的值直到靠近漏極一側溝道夾斷，MOSFET由可變電阻區(qū)進入恒流區(qū)。
其開通過程是VDS給定，根據(jù)VGS的變化來說明的，下圖給出了MOSFET的等效電路及開通過程中的電壓和電流波形。
首先根據(jù)只含有寄生電容的等效模型來介紹開通過程。
驅動電流給Cgs充電，Cgd上極板為正，下極板為負，t1時刻的VGS即為VGS(th)；
驅動電流給Cgs繼續(xù)充電，VGS繼續(xù)增大，ID值也隨之增大，VDS有所下降，在t2時刻到達米勒平臺；
VGS增大使Cgd下極板電勢逐漸高于上極板電勢，從而驅動電流開始給Cgd反向充電，VGS保持不變，VDS值逐漸下降，完全中和后，驅動電流繼續(xù)給Cgd充電。剛剛開始進入米勒平臺區(qū)的Cgd較小，VDS下降較快；之后Cgd變大對應VDS下降較慢。
MOSFET處于飽和導通的狀態(tài)，可等效為電阻。因此，MOSFET開通時經(jīng)過恒流區(qū)進入可變電阻區(qū)，作為開關來用時，盡量縮短在米勒平臺區(qū)的時間，從而減小開關損耗。
考慮到實際的應用，將電感和二極管作為漏極的負載，并將電感等效為恒流源。
ID值逐漸增大但仍未達到電感電流值IL，二極管正向導通從而D端電壓被鉗位，導電溝道仍處于夾斷狀態(tài)；
☆鋰電池的充放電保護
鋰電池與輸出負載之間通過串聯(lián)功率MOSFET，并使用IC控制其開關實現(xiàn)充放電保護。充放電各需要1顆MOSFET，通常是在電池的低端背靠背共漏極串聯(lián)使用，若PCB面積小對器件的尺寸要求嚴格，可將2顆功率MOSFET集成在一起形成Dual-NMOS；在較大充放電電流下（4A、5A甚至8A）可將2個或多個MOSFET并聯(lián)使用。
目前也有很多將MOSFET和IC集成在一起的二合一鋰電池保護芯片，利用更少的外圍電路器件實現(xiàn)充放電保護。
充電和放電截止電壓是通過采樣電池兩端電壓實現(xiàn)的，電池電壓達到充放電的閾值，IC控制對應MOSFET管的關斷，從而實現(xiàn)保護；過充和過放電流保護通過檢測RSS(ON)或采樣電阻Rsns兩端電壓來實現(xiàn)的，這和系統(tǒng)的充放電電流有關。
當系統(tǒng)的充放電電流較小時，通過V-管腳采樣MOSFET源極兩端電壓與過充/放電流保護電壓閾值比較實現(xiàn)保護。
MOSFET的RSS(ON)值具有正的溫度系數(shù)，充放電電流較大時，會影響保護閾值精度，因此通過CS管腳采樣Rsns兩端電壓與保護電壓閾值比較，為提高效率盡量選擇RSS(ON)較小的管子。
☆充電保護
充電保護的MOSFET一般用在端口與快充芯片之間，在電路中實現(xiàn)OVP的功能。背靠背共源極串聯(lián)可以實現(xiàn)雙向充放電，并阻斷反灌電流；多充電線路充電方案中，可利用多路串、并聯(lián)MOSFET的方法來實現(xiàn)充電線路的選擇。
充電頭與被充電設備之間按照協(xié)議檢測并準確輸出電壓，握手成功后打開次級整流輸出VBUS端口的開關MOSFET正常供電，通常選擇耐壓值為30V或40V的MOSFET即可滿足需求。
☆筆記本電腦中的BUCK-BOOST架構
MOSFET作為開關電源模塊中核心的部分，在升壓和降壓拓撲結構中均會用到。
筆記本電腦大都由適配器或電池供電，適配器的典型輸出電壓19.5V，電池的輸出電壓為10.8V或14.4V，通常都需要降壓為主板的各部分供電，因此在筆記本電腦中含有較多的BUCK和BUCK-BOOST電路；前級的Charger也可采用BUCK-BOOST架構實現(xiàn)雙向充電。筆記本電腦整機中功率MOSFET使用量不少于30顆，有很大的市場潛力。
在電動工具中，可利用MOSFET驅動實現(xiàn)直流電機的正反轉，Q1~Q6組成的橋式三相逆變繼電器，通過控制對應上下管的關斷將輸入的直流電壓轉換成PWM波，進而轉換成交流電，需要使用低RDS(on)、低開關損耗、體二極管反向恢復特性較好、高抗沖擊能力的MOSFET。
目前，艾為30V耐壓的MOSFET均可滿足需求，后續(xù)耐壓值40V甚至是60V的MOSFET產(chǎn)品可以在電動工具中得到更為廣泛的應用。同樣地，驅動前級電源管理模塊的MOSFET應用在前面已經(jīng)介紹過，主要包括DC-DC模塊的同步整流和鋰電池保護。
☆無線充中的線圈驅動
在無線充的發(fā)射端，MOSFET組成的全橋逆變電路作為線圈驅動，將輸入直流電轉換為高頻交流電從而實現(xiàn)能量的傳輸，在接收端再通過整流橋電路將交流信號轉換為穩(wěn)定的直流電為后級電路供電。發(fā)射端同樣需要使用低RDS(on)、低開關損耗、體二極管反向恢復特性較好、高抗沖擊能力的MOSFET。
☆鋰電池保護MOSFET
艾為用于鋰電池保護的MOSFET產(chǎn)品為集成2顆MOSFET的Dual-NMOS，多為CSP封裝，更容易滿足便攜應用對外型輕薄機身的需求，在手機和平板等對體積和尺寸要求較為嚴格的終端產(chǎn)品的應用廣泛。其中AW401002QCSR的RSS(ON)值更小，加上6L的封裝，散熱性更好。
☆Single NMOS
艾為的Single NMOS以30V耐壓的產(chǎn)品為主，基本是表面貼裝的DFN封裝，無引腳焊盤設計，占有較小的PCB面積，底部擁有大面積的散熱焊盤，可進一步優(yōu)化散熱特性。
后續(xù)艾為也會根據(jù)應用場景推出60V、80V和100V耐壓值，更低RDS(on)值，更高ID值的產(chǎn)品。
綜上所述，在包含鋰電池保護模塊、充電管理模塊、開關電源模塊及驅動模塊的相關整機產(chǎn)品均會用到相應的MOSFET產(chǎn)品。
目前艾為也在積極開發(fā)新的產(chǎn)品，拓寬MOSFET的應用場景，滿足客戶不同的需求。未來，艾為也還會持續(xù)推出更加優(yōu)質的艾為芯，為市場注入“芯”活力，敬請期待。
