便携式应用领域电源MOSFET的选择

来源：epc.com.cn 作者：Vishay Siliconix JESS BROWN YA

Selecting power MOSFET for portable applicantion
设计者必须考虑阈值电压、单元密度、开关特性和封装等参数

随着封装技术和硅工艺的进步，具有更高电源密度和更高效率的小尺寸MOSFET正在逐步克服原来与器件尺寸相关的电源处理能力和处理效率问题。
---在诸如电池保护、电池充电和负载切换之类的应用当中，某些电源MOSFET的参数对于改善性能是非常重要的，例如可以改善阈值电压、单元密度和开关特性等。此外，某些封装技术还能够提高器件的热性能，使面积较小的器件具有更大的电源处理能力。

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电池保护
---消费者总是希望他们的移动电话、PDA、MP3播放器等设备具有更多的功能。除此之外，他们还希望手中的设备具有更长的运行时间和待机时间。大多数这样的设备都采用高效的锂离子（Li+）电池作电源。
---在正常工作的情况下，这些电池不存在失效的危险。但是在某些情况下，例如电池过充，就可能引起电池失效甚至伤人。因此，在电池组中设置保护电路是非常必要的。
---在这种应用中最关键的MOSFET备选参数就是尺寸。实际上，对于半导体厂商而言，他们面临的一个主要挑战就是如何使器件的封装尺寸满足已经为下一代移动电话开发出来的超薄电池组的要求。
---过去，MOSFET器件采用SO-8类型的封装，近来TSSOP-8成为标准的封装形式。但是，即使是这种封装，它的尺寸也太大了，无法满足应用的要求，因此MOSFET厂商针对这些需求推出了更薄、尺寸更小的封装形式，例如PowerPAK 2×5，以及具有芯片级（chip-scale）尺寸的器件，例如MICRO FOOT电源MOSFET。
---应用在电池保护领域的MOSFET必须满足与硅性能有关的三个主要要求。首先，它们必须能够传导所有的充电电流和放电电流，同时在工作过程产生极小的热量，因此保证较低水平的MOSFET导通电阻是非常重要的。其次，由于空间的限制，用在保护电路中的两个MOSFET（一个用于充电控制，另一个用于放电控制）必须采用相同的封装。第三，MOSFET需要具有较低的阈值电压（Vth），以保证在单元电压下降的情况下仍然保持完全导通。 RFID技术网
---芯片级器件的优势在于消除了封装的导通电阻所带来的MOSFET的总体损耗，因此像MICRO FOOT Si8900EDB（具有12mΩ的导通电阻和0.45V的阈值电压）这样的产品在电池保护应用领域就很受欢迎。对于那些需要微型封装器件的用户，PowerPAK 2×5 SiF912EDZ在2mm×5mm的封装大小中的导通电阻只有19mΩ。

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电池充电
---诸如膝上电脑、PDA、数码相机和蜂窝电话这样的便携式设备都需要电源存储系统，一般都采用电池。从系统的角度来看，用户不一定了解电池充电的技术规范，因此便携式设备中通常采用某些形式的内部控制电路。
---对于移动电话而言，充电器一般产生接近4.2V的未经校准的电压，这就需要采用一些充电器控制电路来保护电池组的寿命。即使对电池组采取了保护措施，充电过程也要严格遵守充电规范，以确保Li+单元发挥最佳的性能。
---在我们选择合适的电源半导体器件的时候，尺寸是一个非常关键的因素，由于不同设计的蜂窝电话的需求不同，所以永远没有“理想”的尺寸大小。充电器电路通常包括一个肖特基二极管和一个MOSFET，由于空间大小的限制，我们最好将这两个器件集成在一个封装之中。要想在最小的封装中选择合适的部件，我们必须分析这两个器件的功耗情况，充电过程分成两个阶段，我们必须仔细分析每一个阶段的情况。
---当外部电源没有插好或者没有供电的时候，肖特基二极管能够防止反向电流流过MOSFET的体漏（body drain）二极管，对于这个器件，设计者需要注意的关键特征就是它是否具有较低的正向电压（VF）。对于MOSFET而言，在恒定电流充电的过程中，MOSFET不是完全导通的，因此它的热性能指标比导通电阻更加重要。

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---当设备进入恒定电压充电阶段时，MOSFET的工作状态才相当于完全饱和的开关，在恒定电压模式下进行充电的时候，MOSFET上大约有10%的损耗。最重要的参数就是在最小的封装尺寸中具有最佳的热阻（thermal resistance），这类应用的一个典型器件就是Si7703EDN，它包含一个肖特基二极管和一个p沟道MOSFET，封装为3mm×3mm，结壳（junction-to-case）热阻为4℃/W。电子技术论文网

负载开关
---对于负载开关而言，最重要的参数就是器件的RDS（导通）值，但同时这种器件还必须具有较低的阈值电压，以便在门驱动电压较低时，具有较低的RDS（导通）值。蜂窝电话的架构中通常会在多处用到负载开关，用来切换功率放大器，或者切换扬声器，或者允许用户使用耳机。
---这类应用中MOSFET的尺寸控制相对比较直接，用户必须搞清楚最大负载电流、合适的RDS值（导通）（在正确的工作结温条件下）以及PC板的结合热阻。最大电流可以从下列公式得出：

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---其中ID(max)是最大的电流，TJ是MOSFET的结温（设置为小于最大值），TA是环境温度，RthJC是结壳热阻，RthCA是管壳到环境的热阻（取决于安装了该器件的pc板），RDS(on)是导通电阻，krDS是与温度相关的RDS(on)的缩放因子。
---芯片级MICRO FOOT类型的器件非常适合于负载开关类型的应用。例如，Si8407DB 27mΩ的p沟道的尺寸仅仅为1.9 mm×2.3mm，结壳热阻为15℃/W。

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原文地址:http://www.epc.com.cn/magzine/20060105/4817.asp
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