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利用双MOSFET最大限度地提高开关转换器应用的功率密度和性能
工业和汽车开关转换器和电机驱动器都需要体积小、效率高、电气噪声低的金属氧化物硅场效应晶体管 (MOSFET)。双 MOSFET 方法有助于满足这些要求。
设计精良的双 MOSFET 将两个 MOSFET 置于在一个封装内，减小了在印刷电路板 (PCB) 上的占用空间，降低了寄生电感并通过改善散热性能，取消了体积庞大、成本高昂的散热器。这类器件可在数百千赫兹 (kHz) 频率下进行无干扰开关操作，在很宽的温度范围内稳定工作，而且漏电流很低。然而，设计人员必须了解这类器件的工作特性，才能充分认识其优势。
本文以 Nexperia 的双 MOSFET 为例进行介绍，并说明设计人员如何使用这类器件来应对坚固耐用、效率高和空间受限型设计的挑战。本文讨论电路优化和 PCB 设计方法，并提供热电仿真和损耗分析的技巧。
高开关速度下效率更高
双 MOSFET 适合许多汽车 (AEC-Q101) 和工业应用，包括 DC/DC 开关转换器、电机逆变器和电磁阀控制器。这些应用可在开关对和半桥拓扑结构以及其他配置中使用双 MOSFET。
Nexperia LFPAK56D 系列是值得一提的双 MOSFET 器件。该系列器件采用了 Nexperia 的铜夹技术，具有超强的电流能力、低封装阻抗和高可靠性（图 1，右）。这些实心铜夹改善了从半导体基板通过焊接点到 PCB 的散热性能，使约 30% 的总热量通过源引脚消散。大铜截面还能降低阻性功率耗散，并通过减少寄生线路电感来抑制瞬时振荡。
图 1：LFPAK56D 封装（右）集成了两个独立的 MOSFET，并使用与 LFPAK56 单 MOSFET 封装（左）类似的铜夹结构。（图片来源：Nexperia）
与大多数用于高压开关转换器的部件一样，LFPAK56D 采用了超结技术。这种设计减小了漏源极“导通”电阻 (RDS(on))和栅漏极电荷 (QGD) 参数，从而最大限度地减少了功率损耗。在同一基板上运行两个 MOSFET，可进一步降低漏源极电阻。
正如超结 MOSFET 一样，LFPAK56D 系列具有很强的雪崩事件抵抗能力，并具有很宽的安全工作区 (SOA)。例如，PSMN029-100HLX TrenchMOS 器件中的每个 100 V MOSFET 都具有 29 mΩ RDS(on)，可处理 68 W 功率，并能够能通过高达 30 A 的电流。
LFPAK56D 系列还采用了 NXP 的 SchottkyPlus 技术，以减少尖峰和漏电流。例如，PSMN014-40HLDX 的 RDS(on) 典型值通常为 11.4 mΩ，且漏源极漏电流极低，仅为 10 nA。
要充分发挥 MOSFET 的大电流优势，印刷电路板的设计必须能散发高热量并确保电气连接稳定可靠。多层印刷电路板具有足够多的过孔和大而粗的铜导体轨迹，可确保高散热性能。