1.前言

MOSFET 被用作負載開關的次數(shù)比它們在任何其他應用中的使用量都要多，其數(shù)量一次達到數(shù)億。我可能應該從我在這里如何定義“負載開關”開始。為了這篇文章，考慮負載開關任何小信號 FET，其在系統(tǒng)中的唯一功能是將一些低電流 (<1A) 信號傳遞（或阻止）到另一個板組件。電池保護 MOSFET 具有非常相似的功能，但代表了負載開關應用的一個獨特子集，也可以承載更高的電流。

我們的應用團隊對負載開關 FET 有一個詞——“精靈灰塵”——來描述在大部分設計完成后它們可以“灑”在系統(tǒng)上的普遍方式。這也許會對這些小型發(fā)電機造成損害，因為它們通常也是將電子系統(tǒng)固定在一起的粘合劑。

2.如何選擇合適的MOSFET作為電子開關

這些設備攜帶的小信號一般在幾百毫安左右，因此理論上沒有理由不能集成該功能。然而，定制集成電路 (IC) 的成本可能更高，因此一旦設計完成，就可以更容易地實現(xiàn)其中一些小信號 FET，而不是要求或重新設計定制 IC。鑒于此，這些設備通常有兩個基本要求：便宜且小巧。這些要求中哪一個最關鍵將決定哪種類型的 MOSFET 最適合我們的設計。

如果成本是最重要的因素，那么小外形晶體管 (SOT) 系列（SOT-23、SOT-26、SOT-323、SOT-523）等小尺寸封裝將是最可取的選擇。這些器件的 PCB 占位面積從 2.6mm 2到 10mm 2，導通電阻在幾百毫歐到幾歐姆的范圍內(nèi)，并且可以處理高達大約半安培的電流（取決于電阻）。它們由較大的突出引線和體積較大的封裝組成（見圖 1）。雖然一些工業(yè)設計師更喜歡外部引線，因為它們使電路板安裝簡單，并且可以輕松地對焊接連接進行目視檢查，但這些 FET 的最大吸引力在于它們的低成本（一分錢或更少）。我應該注意到，TI 確實沒有任何針對這些封裝中的 MOSFET 的產(chǎn)品，也沒有打算在這個商品化空間中發(fā)揮作用。 

圖 1：幾個 SOT 封裝（未按比例繪制）

另一方面，如果減少許多外來小信號晶體管占用的 PCB 空間是最大的問題，更好的解決方案是裸芯片芯片級封裝 (CSP) 或焊盤網(wǎng)格陣列 (LGA) 器件。TI 擁有多種此類器件，最受歡迎的是我們的FemtoFET產(chǎn)品線 （圖 2）。這些器件具有超小尺寸，可提供小至 0.5 毫米以下的尺寸選擇2. 這種微小的外形不可避免地意味著通過 PCB 的高結到環(huán)境熱阻抗。然而，由于電阻可能比大尺寸 SOIC 封裝器件小一到兩個數(shù)量級，減少的傳導損耗足以彌補熱阻抗的輕微增加，在某些情況下實現(xiàn)更高的電流處理能力1A。

圖 2：三種不同的 FemtoFET 封裝產(chǎn)品（未按比例繪制）

在選擇上述哪條道路前行，我提供兩個最后的警告。首先，在使用 FemtoFET（或其他一些超小型設備）之前，我們應該檢查我們的 PCB 制造能力。一些工業(yè)制造工藝更喜歡安裝焊盤之間的更大間距（因此更喜歡 SOT 設備）。其他產(chǎn)品可以處理低至 0.5 毫米的間距（如 F5 FemtoFET 系列），而個人電子產(chǎn)品制造商通?？梢蕴幚淼椭?0.35 毫米的間距（由 F4 和 F3 FemtoFET 封裝支持）。

我之前已經(jīng)詳細討論過電流額定值，但因為負載開關的唯一目的是承載小電流，所以值得再回顧一次。與往常一樣，最佳做法是忽略首頁的電流額定值，而是從我們認為系統(tǒng)允許 FET 耗散的功率損耗倒退計算。

大多數(shù)數(shù)據(jù)表將提供最小和最大銅 (Cu) PCB 方案的結到環(huán)境熱阻抗 (R θJA )。使用最小銅作為最壞情況是最安全的選擇，但如果我們知道終端板尺寸，我們可以嘗試在數(shù)據(jù)表中提供的最小和最大銅阻抗之間插入 R θJA。然后，使用下面的公式 1 以及終端設備最壞情況周圍環(huán)境的知識，我們可以計算出 FET 可以處理的功率以及電流：

負載開關應用的一個好處是設備要么打開要么關閉。因此——與我在本系列中討論的所有其他應用不同——所有功率損耗都是由傳導損耗 (I 2 R) 引起的。

這篇文章專門針對分立 FET 可以充分滿足我們的設計需求但最終我們的設計應該選擇最合適的集成級別的那些應用。