在當前市場上，高性能功率 MOSFET 最常見的用途或許也是選擇最合適的 FET 的最大挑戰(zhàn)。性能、價格和尺寸之間的權衡從來沒有比開關模式電源 (SMPS) 中使用的 MOSFET 更混亂。

遍歷一個詳盡的 SMPS 拓撲列表，包括隔離的和非隔離的，并列出每個拓撲最重要的考慮因素，這可能需要一個新奇的 - 一個比我這樣的簡單營銷工程師擁有更多技術知識的應用程序專家。但我確實希望在本博客的后續(xù)段落中，我可以提供至少一些技巧和陷阱來避免。

當今市場上的大多數(shù) SMPS 應用都在相對較高的頻率下運行，從 100kHz 一直到兆赫茲范圍。這意味著，與電機控制等低頻應用不同，F(xiàn)ET 的選擇不僅僅與電阻和傳導損耗有關。頻率越高，開關損耗越大，這意味著性能最佳或效率最高的 FET 是在低柵極（和其他）電荷和低導通電阻 R DS(上）。

說到電荷，也不一定全都與柵極電荷有關。柵極電荷 Q G決定了 FET 快速開啟和關閉的能力，這是關閉越快、電壓/電流重疊持續(xù)時間越短的硬開關應用的重要考慮因素。這就是為什么經(jīng)典的 MOSFET 硅品質(zhì)因數(shù) (FOM) 為 R DS(ON) * Q G，最低值表示最佳性能。但其他開關參數(shù)可能同樣重要，甚至更重要，具體取決于應用。在高端開關期間，由輸出電容 C OSS決定的存儲能量損耗 E OSS會對整體系統(tǒng)效率產(chǎn)生很大影響（參見圖 1）。

圖 1：降壓轉換器應用中控制 FET 的功率損耗擊穿

為了實現(xiàn)當代電源能源標準要求的更高效率，MOSFET 正在取代過去由二極管維護的插座，以用作同步整流器開關（參見圖 2）。對于同步整流器 FET，由 MOSFET 體二極管的反向恢復電荷 Q RR決定的反向恢復損耗通常是導致功率損耗的最大因素，僅次于這些傳導損耗。對于此類應用，更相關的 FOM 是 R DS(ON) * (1/2 Q OSS + Q RR )。圖 3 顯示了典型同步整流應用中使用的 80V MOSFET 的功率損耗擊穿情況。

圖 2：在許多應用中，低電阻 MOSFET 代替整流二極管以提高效率

圖 3：同步整流器的功率損耗擊穿

在相應 FOM 相對相等的給定 FET 技術中，電阻越低，柵極電荷越高。因此，最有效的解決方案是優(yōu)化傳導損耗和開關損耗各自貢獻的解決方案。

考慮一個最近的示例，其中 TI 客戶希望推薦同步整流器 FET（針對給定的一組輸入條件和特定的輸出電流）。圖 4 顯示了可用的五種不同電阻 FET 選項各自的導通和開關損耗。請注意，在這些條件下，第四個和第五個選項產(chǎn)生的總功率損耗非常相似，兩者之間的曲線或多或少是平坦的。但是，第五個選項是第四個選項的 2 倍。在 FET 技術中，電阻與裸片尺寸成反比，因此我們可以（正確地）假設第五個選項是一種更具成本效益的解決方案。

圖 4：五種不同 MOSFET 選項的功率損耗——請注意，第四種和第五種選項的總損耗非常相似，盡管導通和開關損耗不同

最后要考慮的幾點：

· SMPS 應用需要并聯(lián)多個 FET 的解決方案并不少見，特別是對于同步整流器。請記住，F(xiàn)ET 選項之間的電阻差異將縮小與我們并聯(lián)的 FET 數(shù)量成比例的因子。但與此同時，電荷差異將乘以相同的因子，因此在一定數(shù)量的 FET 下，開關損耗將降低整體系統(tǒng)效率。

· 包裝選擇也很重要。雖然像晶體管外形 TO-220 和 D2PAK 等較舊的封裝可以在內(nèi)部安裝大量硅芯片并消耗大量功率（尤其是安裝到大型散熱器的通孔器件），但它們的封裝電阻也比四方扁平無引線高得多（ QFN）設備。此外，在高頻下，MOSFET 的源極片電感等寄生元件開始發(fā)揮更大的作用，并對開關節(jié)點振鈴和整體系統(tǒng)效率產(chǎn)生毀滅性影響。因此，QFN 封裝（如 TI 的 SON5x6 或 SON3x3）可以實現(xiàn)比 TO 封裝更高的功率密度，并且?guī)缀蹩偸歉m合驅動幾百到一千赫茲范圍內(nèi)的更高頻率。

· 我們可以直接從 MOSFET 的數(shù)據(jù)表中辨別出一些關鍵的 SMPS 參數(shù)，例如 R DS(on)和 Q G 。數(shù)據(jù)表上的其他參數(shù)，如 Q RR和 Q OSS，則更加不可靠。因此，為了在不同的 FET 供應商之間進行公平的比較，最好獲得板載的蘋果對蘋果的測量結果。