4个mos管选型电路案例讲解，参数计算+选型步骤，手把手教你选型

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   今天给大家介绍的是实际案例MOS管选型，主要是以下：

• 1、选择MOS管的重要参数
• 2、选择功率mos管的步骤
• 3、为家用12V逆变器选择MOS管
• 4、选择低功耗指示器/蜂鸣器 MOS管
• 5、选择大功率、非PWM的MOS管
• 6、为高功率PWM负载选择MOS管

一、选择mos管的重要参数

   选择MOS时至关重要的2个参数是导通电阻Rds(on) 和栅极电荷 Qg。决定 MOSFET 性能的其他一些重要参数是击穿电压、BVDSS 和体漏极二极管，当器件用作功率二极管时必须考虑这些参数，例如在同步续流操作模式下，以及可能影响开关时间和电压尖峰的固有电容。

1、导通电阻，RDS(on)

   表示 MOS管 处于导通状态时漏极和源极端子之间的电阻。传导损耗取决于它，RDS(on) 的值越低，传导损耗越低。

2、总栅极电荷，QG

   表示栅极驱动器打开/关闭器件所需的电荷。

3、品质因数，FoM

   是 RDS(on) 和 QG 的乘积，说明了 MOSFET 的传导损耗和开关损耗。因此，MOS管 的效率取决于 RDS(on) 和 QG。

4、击穿电压，BVDSS

   表示 MOSFET 在关断状态下能够维持的最大漏源电压。下图给出了为高功率PWM负载选择MOS管

为高功率PWM负载选择MOS管

二、选择功率mos管的步骤

• 1、找出应用的所有参数，例如最大电压、最大电流和工作温度
• 2、找出电路的总负载
• 3、计算 MOSFET 所需的峰值电流和峰值负载
• 4、找出系统的效率
• 5、计算有损耗的负载
• 6、增加安全系数（视操作温度而定）
• 7、检查设备是否将作为双向设备运行

三、为家用12V逆变器选择MOS管

   假设已知的的参数是：

• 输入 – 12V DC（铅酸电池）
• 输出 – 230V AC
• 负载 – 1000W
• 峰值负载 – 2000W
• 逆变器损耗 – 20%

1、考虑峰值负载时的最大功率输出

   计算时我们只考虑最大输出功率。

   P_max=2000W

   总损耗为2000W的20%，所以总损耗为400W。

2、找出总负载

总负载=最大负载+损耗负载

=2000W+400W

=2400W

3、计算峰值电流和峰值负载

   逆变器的输入侧有一个铅酸电池，其充电电压通常在 10V 到 14V 之间。因此，保持 20% 至 40% 的余量，输入将约为 6V 至 8V。

电流=P/V=2400/6=400A

4、计算电压

   选择最小 2 倍电压以保持系统稳定，因为在短路或峰值电流期间也会观察到电压尖峰。选择更高的电压更安全。

最大电池电压（V_Bmax）=14V

MOSFET额定值=2×14V=28V

5、电流增加安全系数

   MOSFET 的安全工作区与温度有关。所以，为了使系统更安全，我们可能会取比计算电流高50%到80%的额定电流。

安全系数设为 50%

I_S.F.=400A+200A=600A

   因此，我们需要的 MOSFET 的额定电流应为 600A。因此，适合我们操作的 MOSFET 的额定值至少应为 600A 和 28V。

四、选择低功耗指示器/蜂鸣器 MOS管

   在实际应用电路中，mos管的一个常见应用是驱动LED指示灯。LED或者蜂鸣器消耗 10mA-50mA 电流是正常的。你选择的微控制器可能无法在I/O引脚上吸收/提供那么大的电流，即使可以，也希望避免达到极限，这个时候就需要用到逻辑电平MOS管。

微控制器直接逻辑电平MOS管

   微控制器直接逻辑电平MOS管，该MOS管从一个小型LED指示灯吸收电流。下图显示了这种情况，所需的完整规格如下：

• 从漏极到源极的最大电流~ >500mA
• 从漏极到源极的最大电压> 12V
• 门 3v3 上的电压驱动

   这个mos管的标准非常宽松，唯一比较严格的就是需要直接由3V3逻辑哦驱动。大多数微控制器以3V3逻辑驱动，但AVR和一些比较旧系列的Microchip 产品线除外。

采芯网上的mos管

1、筛选不符合目标的MOS管

   这里主要是筛掉库存、切带（CT）、有源、N型和MOS（金属氧化物），筛掉 Cut Tape (CT)参数，主要是为了消除使用不同包装的重复SMT部件。

2、选择驱动电压（最大 Rds On，最小 Rds On）

   这里主要是根据施加到栅极用来启动MOS管的电压来限制MOS管。Max Rds On部分是 MOSFET 首次完全 “导通”时的电压。在此电压下，MOS管 将具有其最大 Rds 值。目标是施加高于 Min Rds On 的电压。高于此点，Rds 将处于最低点。

   主要是以下：

• 1.2V、2.5V
• 1.5V
• 1.8V、2.5V
• 1.8V、2.7V
• 2.5V

3、选择电流 - 连续漏极 (Id)

   MOS至少有12V的漏源电压（Vdss) ，可以使用低于Min Rds On电压规格的 MOSFET。如果MOS管的选项不够模拟可以扩大范围，将最小 Rds On高于 3v3 的部件包括在内，但是必须要确保查阅Datasheet，查看 3v3 栅极驱动电压下的 Rds 值。

   这里要确定的是电流 - 连续漏极 (Id)的要求：

• 440mA
• 1.4A
• 2.3A
• 3.7A
• 9.3A

   根据以上条件，你可以筛选出中几个mos管。如果都差不多的情况下，我会选择便宜一点的那个，哈哈哈。

五、选择大功率、非PWM的MOS管

   在这种情况下，选择MOS管的话，需要计算的比较多：

• 最大负载为20A
• 负载电压为24VDC
• 来自驱动器的栅极电压为12VDC
• 无脉宽调制
• 没有可用的强制空气对流

   这种情况下驱动LED阵列，加热器或者电机驱动等大型阻性负载很常见，假设我们驱动的设备都不是感性的。

1、初始 Rds方程

   当MOS管不是PWM时，作用就像一个跨越其漏极和源极的电阻。Rds 随温度降额而变化很大，也可能因为批次不一样而有差异。对于没有散热器的标准功率MOS应用，希望热量耗散的功率在1W以下，大部分标准都可以达到：

用于计算1W功耗时Rds的功率公式

   使用等式一，功率为1W、电流20A的Rds(on) 为 2.5m。

2、选择Rds参数

   Rds On (Max) @ Id, Vgs≤2.5m。漏源电压（Vdss）需要高于24VDC。由于负载可能会离开电路板，并且电线可能带有电感元件，应该多留一些余量，因此将漏源电压限制在40V以内。

   接着是Vgs (Max)，要求是用12VDC驱动栅极，因此选择12V以上的MOS管。

   下图显示了在Datasheet中查阅的2个关键图表，由于将在12V驱动mos管。下图左边地图显示，20A 时，Rds 约为 1.9m。右图根据环境温度降低 Rds。假设处在这个环境下，因此不需要降额。

Rds参数图

3、微调功耗方程

   在选择了MOS管之后，并且知道了实际的Rds值，可以微调功率方程：

根据Rds计算实际功耗

   利用上面的公式，MOS管将作为热量耗散的功率为0.76W。根据这个值，我们粗略的确定MOS的预期结温是多少。

4、计算MOS的结温

计算MOS的结温

   假设室温为25℃，结温为25℃+47℃=72℃。虽然看起来这个温度很高，但是dattasheet中的给出的结温最大结温是175℃，如果这个结温太高的话，你可以选择具有较低结温的MOS管。

六、为高功率PWM负载选择MOS管

   下图显示了PWM MOS管中的功耗是如何根据频率耗散的，这里要注意忽略功率损耗的实际值，因为实际上还是取决于MOS管。

PWM MOSFET 中各种损耗的图表

   这里我也会忽略栅极损耗，损耗的传导部分是 MOSFET 的 Rds，当mos管完全导通时，就像一个从漏极到源极的电阻。该损耗与MOS管的开关频率无关。开关损耗随着频率的增加而迅速增加。

   这里最简单的方法是：当mos管导通或者关断时，漏极到源极的电阻很高。打开/关闭MOS(频率)所用的时间越多，转换过程中损失的功率越多。

1、mos管选择标准

• 最大负载电流为20A
• 负载电压为24VDC
• 来自驱动器的栅极电压为 12VDC
• PWM 频率为 1KHz -> 10KHz
• 没有可用的强制空气对流
• 我们将使用NCP81074A 栅极驱动器，它可以提供高达 10A 的电流。
• 5R1栅极电阻，栅极驱动电流为4.7A

2、选择MOS管

• Rds On (Max) @ Id、Vgs ＜2.5m，因为我希望这个 MOSFET 能够以 100% 的占空比驱动负载。
• 漏源电压(Vdss)至 40V，Vgs (Max) 高于 12V。

   这里要怎么确保可以处理10KHZ的驱动，这里就按栅极电荷 (Qg) (Max) @ Vgs 的升序对零件进行排序。将数量的电荷注入mos管的栅极使其完全导通，栅极电荷越低，MOS管在给定栅极电流下导通的速度就越快。

3、根据栅极电荷选择MOS管

   希望可以找到一个低 Rds 和低栅极电荷的MOS管。这里可以看下图。左边是实际的栅极电荷，基于栅极驱动电压。由于图表上的Vgs停止在10V，可以假设在12V时与它大致相同，因此使用80nC 的 Qg 进行计算。

   在 20A 和 10V 的 Vgs 下，Rds 大约为 0.85m，低于第一个案例中使用的mos管，因为可以正常使用。

左边是 Vgs 与 Qc，右边是 Rds 与 Id

4、微调静态功耗工程

   选择了mos管以后，微调静态功耗，如下所示，MOS管的静态传导损耗为0.34W。

更新功率公式以计算实际功耗

5、计算上下升时间

   如下图，MOSFET 的上升时间为 17.02ns。我们可以对此进行推断并假设下降时间也为 17.02ns。这意味着 MOSFET 用于开关的总时间为 34.04ns。将该时间更改为频率可以得到大约 30MHz。

使用栅极电荷，我们可以计算上升/下降时间

   使用下图中的图形，可以看到，对于 10KHz 的 PWM 频率，方波的总周期时间等于 100us。由于两个 17ns 的开关转换只占总时间的一小部分，我们可以假设它们的功率损耗可以忽略不计。

   通常如果开关转换时间小于总时间的 0.5%，可以正常使用 MOSFET。如果它到达它占用大部分时间的位置，则存在传导损耗被切换淹没的风险，并且会过热。

方波图形，绝大部分时间都花在开关机上，而不是过渡时间

   以上就是关MOS管选型的实际案例。

来源：microtype.io

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