功率MOSFET的应用问题分析
在作者工作过程中，碰到一些客户的工程师问到一些功率MOSFET的应用的问题，现在整理一些典型的问题汇总如下，希望对广大的电子工程师有所帮助。
问题1：在MOSFET的应用中，主要考虑的是哪些参数？在负载开关的应用中，MOSFET导通时间的计算，多少为佳？PCB的设计，铜箔面积开多大会比较好？D极、S极的铜箔面积大小是否需要一样？有公式可以计算吗？
回复：MOSFET主要参数包括：耐压BVDSS，Rdson，Crss，还有VGS(th), Ciss, Coss；同步BUCK变换器的下管，半桥和全桥电路，以及有些隔离变换器副边同步整流MOSFET中，还要考虑内部二极管反向恢复等参数，要结合具体的应用。
下面的波形为感性负载功率MOSFET开通的过程，Rg为MOSFET内部栅极电阻，Ron为MOSFET的栅极和驱动电源VCC之间的串联大电阻的和：，包括栅极外部串联的电阻以及PWM驱动器的上拉电阻。
具体的开通过程，参考文献：基于漏极导通区特性理解MOSFET开关过程，今日电子：2008.11。
理解功率MOSFET的开关损耗，今日电子：2009.10
VGS(th)和VGP在MOSFET的数据表中可以查到，有些数据表中没有标出VGP，可以通过计算得到平台的电压值。 产生开通损耗的时间段为t2和t3，t1时间段不产生开通损耗，但产生延时。
（1）
（2）
（3）
在负载开关的应用中，要保证在t3时间后，输出电容充电基本完成，就是电容的电压基本等于输入电压，在这个过程中，控制平台的电压VGP，就相当于控制了最大的浪涌电流，浪涌电流就不会对系统产生影响。因此导通时间要多长，由输出的电容和负载的大小决定。
具体的计算步骤是：设定最大的浪涌电流Ipk，最大的输出电容Co和上电过程中输出负载Io。如果是输出电压稳定后，输出才加负载，则取：Io=0。
Co×
??????????
+????=?????? （4）
由（4）式可以算出输出电容充电时间t。负载开关的应用，通常在D和G极并联外部电容，因此，t3时间远大于t2，t2可以忽略，因此可以得到：t=t3，由（3）式可以求出D和G极并联外部电容值。
然后由上面的值，对电路进行实际的测试，以满足设计的要求。负载开关的稳态功耗并不大，但是瞬态的功耗很大，特别是长时间工作在线性区，会产生热失效问题。因此，PCB的设计，特别是贴片的MOSFET，要注意充分敷设铜皮进行散热。
在MOSFET的数据表中，热阻的测量是元件装在1平方英2OZ铜皮的电路板上。Drain的铜皮铺在整个1平方英寸、2OZ铜皮的电路板。实际应用中，Drain的铜皮不可能用1平方英、2OZ铜皮的电路板，因此，只有尽可能的用大的铜皮，来保证热性能。具体的降额值可能值可以参见以下的图。 如果是多面板，最好D和S极对应铜皮位置的每个层都敷设铜皮，用多个过孔连接，孔的尺寸约为0.3mm。
问题2：功率MOSFET的Qgs，Qgd，Ciss，Crss，Coss，tr和tf的关系？
回复： 如下图，在一定的测试条件下，Qgs与Ciss相关，Qgd与Crss相关，Qg与Crss，Ciss都相关，驱动的电压决定其最终的电荷值。Qgs和Qgd都是基于相关的电容的计算值。
tr和tf如下图，对于上升和下降的延时，和Crss，Ciss都相关。注意此时的测量条件是阻性负载。如果是感性负载，电感电流不能突变，那么由于电感的续流，这个时间就和负载的特性相关了。
上升延时tr：上升延时的定义是在MOSFET的开通过程中，VGS的电压上升，从其10%值开始，到VDS下降到为10%VDS值为止。在开通的过程中，VGS上升米勒电容平台前的时间由Ciss决定，米勒电容平台的时间Crss由决定，过了米勒电容平台到VDS下降到为10%VDS的时间又由Ciss决定。下降延时tf和tr定义类似。
问题3：AOD4126的数据表中，红色标注的ID、IDSM、IDM有什么区别？PD和PDM的值是否有标错？另外，关于RθJA和RθJC，作为用户要按照备注中的哪一项判定？对于同样规格的MOSFET，双通道和单通道相比，优势在哪里？是不是简单的Rdson减半、ID加倍等参数合成？
回复：MOSFET的数据表中，ID和IDSM都是计算值，其中，ID是基于RθJC和Rdson以及最高允许结温计算得到的，IDSM是基RθJC和Rdson以及最高允许结温计算得到的。PD和PDM也是基于上述条件的计算值。
电流的具体定义，可以参考文献：理解功率MOSFET的电流，今日电子：2011.11
功率MOSFET的应用问题分析
