作者：Mike Becker，国际产品和市场营销经理，功率MOSFET，Nexperia
低成本电源大量应用于为广泛的消费类和工业应用供电，例如手机、平板电脑和笔记本电脑、可充电电动工具和LED照明等。 无论是需要高效率以满足法规要求，还是减少散热，从而实现更小、更轻的终端产品设计，电源效率往往都是最重要的设计因素。选择同步MOSFET来满足所有要求可能是令人困惑的任务。 在为开关应用选择MOSFET时，工程师通常首先查看明显的数据手册参数。例如，需要什么尺寸和类型的封装？需要什么电压（平均值和峰值）？另外，最大输出电流是多少？这决定了额定负载电流下的I2R损耗，因此也决定了MOSFET的导通电阻。 也许还会考虑一些动态参数，例如，栅极电荷Qg和Qgd可以很好地指示预期的栅极损耗。Qg品质因数（FOM）也是开关应用中MOSFET效率的良好指标，而MOSFET的电容Ciss、Coss、Crss可以帮助指示漏源尖峰和栅极反弹是否会成为问题。低电容也可以提高效率。 还有另外一个参数Qrr，通常可以在数据手册末尾找到，它通常会被忽略。在电流流经MOSFET体二极管的应用中，例如，在同步整流器和续流应用中，反向恢复电荷Qrr会引起一些重大问题，如下所述，设计工程师需要认真解决这些问题。
Qrr是什么？ Qrr是以nC为单位的存储电荷，它是当二极管正向偏置时，电荷载流子在体二极管的PN结中累积而引起，如图1所示。  图1：Qrr是存储在体二极管中的电荷
小心Qrr！ 由于大多数应用所需的死区时间，电流在每个开关周期内都会两次流过体二极管。 首先，我们可以考虑同步FET导通之前发生的事情。由于在死区时间内电流将流经体二极管，因此一些负载电流会形成存储电荷Qrr。 随着同步FET导通，存储电荷在MOSFET内部耗散。因此，一部分负载电流由于Qrr效应而丢失，并成为同步FET内的I2R损耗。 在第二种情况下，当高边MOSFET导通时，MOSFET的体二极管再次反向偏置。额外的电流Irr+负载电流短暂地流过高边MOSFET，直到存储电荷Qrr完全耗尽。电荷消耗不是瞬时的，反向恢复时间Trr也在数据手册中，如图2和图3所示。
 图2：反向恢复时间在数据手册中的参数定义
 图3：Qrr通过FET耗尽
Irr的流过时间通常为几十纳秒，直到Qrr耗尽。Irr会在高边MOSFET内导致额外的I2R损耗，如图4所示。  图4：Irr导致高边MOSFET中的损耗
Vds尖峰 反向恢复电流Irr也与PCB的寄生电感相互作用，产生一个电压尖峰，其中： V = L x (di/dt). 该MOSFET应该具有适当的额定值，以确保击穿电压额定值高于最大峰值；通常降额到80%应用。具有测量到80V Vds尖峰的应用通常需要具有至少100V击穿电压的MOSFET。 良好的PCB布局可以降低寄生电感L，而且，选择低Qrr 的MOSFET也有助于降低di/dt。如果尖峰被忽略，那么这可能导致需要更高电压的MOSFET。
栅极反弹 当Vds尖峰发生时，设计人员还应该在他们的应用中寻找栅极反弹。由于MOSFET的所有三个端子之间存在电容，因此漏极引脚上的任何尖峰也将电容耦合至MOSFET的栅极引脚。在极端情况下，如果栅极反弹超过MOSFET的阈值电压，则MOSFET可以导通。 死区时间通常用于栅极驱动电路，以确保高边和低边MOSFET不能同时导通。但是，当发生栅极反弹时，低边MOSFET与高边同时导通，导致直通电流在电源轨之间流动，从而导致I2R损耗过大，并且在极端情况下造成MOSFET的破坏。
低Qrr MOSFET的优势 MOSFET并不完全相同。将MOSFET供应商的4至8mΩ导通电阻、100V MOSFET的数据手册参数进行快速比较，可看出不同供应商之间的Qrr存在显著差异。 与 Nexperia 的 NextPower 100V 技术的类似导通电阻MOSFET相比，其他供应商的MOSFET的Qrr通常要高出130％至300％。 由于在典型应用中很难测量单独Qrr效应，因此我们依靠仿真工具来模拟效应。 一款7mΩ MOSFET（PSMN6R9-100YSF）的Spice仿真表明，当Qrr增加2倍时，尖峰电压可增加8％左右，如图5所示。
 图5：较低的Qrr与较低的电压尖峰相关
选择低Qrr的MOSFET也可以显著提高效率，特别是在低负载电流条件下。
小结 在负载电流通常小于5A的低功率充电器和适配器中，对I2R损耗的没有那么重视，设计工程师也应该更加关注动态损耗。 综上所述，选择低Qrr的MOSFET可以降低尖峰电流、提高效率并降低EMI辐射，如图6所示。
 图6：选择具有低Qrr的MOSFET可以获得很大的效率增益
NextPower 100V MOSFET提供非常低的Qrr以及有竞争力的导通电阻，非常适用于电源应用。
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