MOSFET计算器

1. 基本特性

金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)是电压控制器件，广泛用于开关和放大应用。其工作原理基于通过栅极电压控制沟道导电性。

N沟道和P沟道类型
增强型和耗尽型模式
三个工作区域：截止、线性、饱和
体效应考虑

2. 栅极驱动设计

如何计算栅极电阻和驱动要求：

参数	公式	示例
栅极电阻	Rg = Vdr/(Ig_peak)	12V驱动时为10Ω
栅极电流	Ig = Qg × fsw	100kHz时为100mA

3. 关键参数

MOSFET选择和操作的基本参数：

VDS(max): 最大漏源电压
ID(max): 最大漏极电流
RDS(on): 导通电阻
VGS(th): 栅极阈值电压
Qg: 总栅极电荷

4. 开关特性

理解开关行为和时序：

开启延迟时间 (td(on))
上升时间 (tr)
关断延迟时间 (td(off))
下降时间 (tf)

5. 开关损耗计算

如何计算和最小化开关损耗：

温度上升	ΔT = Ptotal × Rth(j-a) Tj = Ta + ΔT	考虑热阻路径
散热器要求	Rth(h-a) = (Tj(max) - Ta)/Ptotal - Rth(j-c) - Rth(c-h) 选择较低Rth的散热器	包括导热界面材料

6. 死区时间计算

计算安全操作的最小死区时间：

参数	公式	典型值
最小死区时间	td(min) = tf + tr	100-500ns
安全裕度	td(safe) = 2 × td(min)	200-1000ns

7. 阈值电压计算

理解阈值电压变化：

参数	公式	说明
VGS(th)	VGS(th) = VGS(th,25°C) + TC × ΔT	温度系数
温度效应	TC ≈ -2 to -4 mV/°C	负温度系数

8. 跨导计算

理解MOSFET增益特性：

基本公式:
- gm = ∂ID/∂VGS
- gm ≈ 2ID/(VGS - VGS(th))
- gm取决于工作点
工作点:
- 线性区：gm随VDS变化
- 饱和区：gm较稳定
- 最大gm在ID(max)/2处

9. 栅极电荷计算

分析栅极电荷要求：

参数	公式	应用
开启时间	ton = Qg/Ig	开关速度
栅极能量	Eg = Qg × VGS	驱动损耗

10. 导通损耗分析

理解和计算导通损耗：

损耗类型	公式	考虑因素
直流损耗	P = ID² × RDS(on)	温度相关
交流损耗	P = IRMS² × RDS(on)	频率相关

11. 设计指南

MOSFET电路设计最佳实践：

VDS额定值预留20%裕度
早期考虑热管理
使用合适的栅极驱动电路
考虑寄生效应
实现保护功能
优化PCB布局

理解MOSFET工作原理