北京2023年8月3日電 /美通社/ -- 本文將**如何選擇用於熱插拔的mosfet（金氧半場效電晶體）。
當電源與其負載突然斷開時，電路寄生電感元件上的大電流擺動會產生巨大的尖峰電壓，對電路上的電子元件造成十分不利的影響。與電池保護應用類似，此處mosfet可以將輸入電源與其他電路隔離開來。但此時，fet的作用並不是立即斷開輸入與輸出之間的連線，而是減輕那些具有破壞力的浪湧電流帶來的嚴重後果。這需要通過乙個控制器來調節輸入電壓（vin）和輸出電壓（vout）之間mosfet上的柵源偏壓，使mosfet處於飽和狀態，從而阻止可能通過的電流（見圖1）。
圖1：簡化的熱插拔電路
首先要為fet考慮的是選擇合適的擊穿電壓，一般為最大輸入電壓的1.5到2倍。例如，12v系統通常為25v或30v fet，而48v系統通常為100v或在某些情況下達到150v fet。下乙個考慮因素應該是mosfet的安全工作區（soa），如資料表中的一條曲線。它特別有助於指示mosfet在短時功率浪湧期間是如何影響熱擊穿的，這與在熱插拔應用中必須吸收的情況並無二致。由於安全操作區域（soa）是進行適當選擇最重要的標準，請參照了解mosfet資料表-soa圖，該文詳細介紹ti如何進行測量，然後生成裝置資料表中顯示的mosfet的soa。
圖2：三種不同100v d2pak mosfet的soa
假定環境溫度為25˚c，與在資料表上測量soa的情況相同。由於最終應用可能暴露於更熱的環境中，所以必須按照環境溫度與fet最大結溫之比，按比例為soa降額。例如，最終系統的最高環境溫度是70˚c，可以使用公式1為soa曲線降額：
soa曲線降額
值得注意的是，這種降額方法假設mosfet恰好在最大結溫下發生故障，雖然通常不會如此。假設在soa測試中測得的失效點實際上發生在200˚c或其他任意較高溫度下，計算的降額將更接近統一。也就是說，這種降額方法的計算不是保守的演算法。
soa還將決定mosfet封裝型別。d2pak封裝可以容納大型矽晶元，所以它們在更高功率的應用中非常流行。較小的5mm×6mm和3.3mm×3.3mm四方扁平無引線（qfn）封裝更適合低功率應用。為抵禦小於5 - 10a的浪湧電流，fet通常與控制器整合在一起。
以下是幾個注意點：
當針對熱插拔應用時，對於fet在飽和區工作的任何情況，設計師都可以使用相同的soa選擇過程，甚至可以為or-ing應用、乙太網供電（poe）以及低速開關應用（如電機控制）使用相同的fet選擇方法，在mosfet關斷期間，會出現相當高的vds和ids的重疊。
熱插拔是一種傾向於使用表面貼裝fet的應用，而不是通孔fet（如to-220或i-pak封裝）。原因在於短脈衝持續時間和熱擊穿事件發生的加熱非常有限。換句話說，從矽結到外殼的電容熱阻元件可以防止熱量快速散失到電路板或散熱片中以冷卻結點。晶元尺寸的函式 - 結到外殼的熱阻抗（rθ
jc）很重要，但封裝、電路板和系統散熱環境的函式 - 結到環境熱阻抗（rθ
ja）要小得多。出於同樣的原因，很難看到散熱片用於這些應用。
設計人員經常假定目錄中最低電阻的mosfet將具有最強的soa。這背後的邏輯是 - 在相同的矽片生產中較低的電阻通常表明封裝內部有較大的矽晶元，這確實產生了更好的soa效能和更低的結至外殼熱阻抗。然而，隨著矽片的更新迭代提高了單位面積電阻（rsp），矽片也傾向於增加電池密度。矽晶元內部的單元結構越密集，晶元越容易發生熱擊穿。這就是為什麼具有更高電阻的舊一代fet有時也具有更好soa效能的原因。總之，調查和比較soa是非常有必要的。
表1：用於12v熱插拔的mosfet
mosfet
vds(v) 封裝
型別rds(on)(mω)
soa額定電流 (a) @
14v vds
@ 10v vgs
1ms
10ms 30
son3.3x3.3
1.94.5 2
30son5x6
0.84 8
4.5 30
son5x6
1.7 8
4 25
son5x6
0.9 25
6 30
son5x6
0.95 30
14 30
son5x6
1.2 35
12 25
son5x6
1.3100 15
25son5x6
0.99
100 15
表2：用於24v熱插拔的mosfet
vds(v) 封裝
typ
rds(on)(mω)
soa額定電流(a)
@ 30v vds
@ 10v vds
0.1ms
1ms10ms
100ms 60
son5x6
3.5 28
93.8
0.9 80
son5x6
3.4 30
93.2 1
60son5x6
2.7100
8.6 3
1.9 60
son5x6
1.8105 13
4.92.2
100d2pak
2.8130 18
5.1 3
80d2pak
2.6200
18.5
5.33.4 60
d2pak
1.6220 21
6.14.1 60
d2pak
1.3220 31
9.5 5
80d2pak
2.0310 29
105.3
100d2pak
2.0400 34
10.5
5.4
表3：用於48v熱插拔的mosfet
vds(v) 封裝
typ
rds(on)(mω)
soa額定電流(a) @ 60v vds
@ 10v vds
0.1ms
1ms10ms
100ms
100son5x6
5.3 10
2.70.85
0.27
100son5x6
4.09.5 3
10.33
100d2pak
4.6 41
3.30.8
0.5100
d2pak
2.8 46
6.11.9 1
100d2pak
2.0120 11
3.71.9
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