MOSFET在電源電路中的應用是極其廣泛的，針對不同的應用環境就要挑選合適的相關參數，如幾伏特的應用電壓就要選幾伏特以上的VDS，做開關用就要注意Rdson, 做高頻率切換用就要注意Qg.......等，並沒有所謂規格最好的MOSFET。 而品質因數就是一個比較偏頗的比較方式，請參考以下Vishay專家的詳細說明 通過其品質因數（ FOM ） 比較 MOSFET 已經成為一項無處不在的行業實踐。 隨著目前出現越來越多的評比和SOA曲線，FOM正在日益被用作MOSFET的規格（specmanship）要素。 MOSFET FOM 最簡單、最廣泛使用的定義是 Rds x Qg 乘積。 每個新的 MOSFET 產品線發佈時，都會同時公佈令人印象深刻的至少 20% 的 FOM 下降幅度。 基於更新型寬頻隙技術的設備進一步提升，聲稱在品質因數方面可以降低 50 倍甚至 100 倍。 最終使用者完全被這些誇張的數位搞得一頭霧水。 使用一個因數提高了 50 倍的開關器件到底有什麼好處？ 它會減少b50b倍的損耗嗎？ 如果您有一個功率轉換器，其矽 MOSFET 消耗 10 W，然後代之以另一個具有 “ 50 倍品質因數改進 ” 的器件，損耗會降低到 0.2 W 嗎？ 雖然損耗減少 10% 也很受歡迎，但相對於品質因數 50 倍的改善，這實在是有一種雞肋的感覺。  最早提到功率 MOSFET 在開關應用中的品質因數是在參考文獻[1] 中。 它把Baliga（巴厘加 ）高品質因數定義為：  Cin 後來被 Qg 作為行業標準而取代，並牢固確立了一個首要的、普遍有效的 FOM 的觀念。 對該定義提出過若干修改，但簡單的 Rds x Qg 繼續是業界最喜歡採用的公式，即使目前也是這樣。 原始的 FOM 背後的邏輯相當簡單。 更低的 Rds 能夠降低導通損耗，而更低的 Qg 能夠減少開關損耗。 如果它們的乘積能夠最小化，總損耗也就最小化了。 但現實能夠很好地反映這一邏輯嗎？ 曾經有過一次評估，其採用三個設計平臺的系列，其中兩個平臺具有相似的 Rds x Qg乘積，而第三個平臺來自於早期一代的產品，其 Rds 值以及 FOM 值都高很多。 不同的設備在表I中由其 FOM 進行區分。 該測試平臺是市售的DC-DC四分之一塊（ quarterbrick ）類型，採用 ZVS 橋作為主拓撲，以 200 kHz 運行。 損耗和效率結果如圖 1 所示。 FOM 2.8 倍的降低以及 Rds 5.8 倍的降低並沒有帶來任何性能方面的好處。 而另一方面，比 FET270 稍微遜色的 FET300 卻戰勝了其他兩個產品，效率提高了近 1%。 顯然，功率 MOSFET 或任何其他開關器件的真實性能與它們所吹噓的品質因數之間並不存在什麼必然聯繫。  仔細考察參考文獻[1] 可以揭示出對 MOSFET 損耗性質的一個根本性誤解。 它明確指出，MOSFET 中的唯一開關損耗是由柵極充電和放電引起的。 它還指出：這些開關損耗與開關頻率的平方根成正比。 V-I 交叉損耗完全可以忽略不計，還有 Coss 或體二極管相關的損耗也微不足道。 事實上，在 1989 年該定義首次提出時，人們尚未完全理解 Coss 所帶來的損耗，當時的常見做法是反向連接外部整流器，以繞過 MOSFET 體二極體。 然而，在功率 MOSFET 被發明出來很早之前，感應開關機制和相關的交叉損耗就已經是眾所周知的事情了。 故意忽略這些已知的、主要的因素是非常令人驚訝的。 不太讓人驚訝的是如下事實：由此產生的FOM，其實際上與應用環境沒有什麼關係，卻仍然被業界視為圭臬。  圖2 顯示了用於 AC-DC 電源的 Plug to Processor（ 插入處理器 ）傳動系，並列出了各種參數的典型工作範圍。 可以看出，每個功率級都需要不同的技術，因為工作行條件覆蓋了很大的範圍，通常跨越兩個數量級。 兩個器件參數的簡單乘積能夠預測出哪種器件將在每一個這些應用條件下產生出最低損耗性能嗎？  參考文獻 [2]〜[7] 多次嘗試改進原始的 FOM 定義，把 Qg 取代為 Q gd 或 Q oss ，或取代為與 MOSFET 相關聯的電容電荷的更複雜函數。 然而，這些做法都無法克服 FOM 概念在乘積層面上所固有的局限性。 關於 MOSFET 通用品質因數這一基本概念有兩個問題，用戶必須加以考慮。 首先，MOSFET 引起的總損耗不僅由其自身的特性決定，這些損耗還同樣取決於它們與系統的匹配程度。 向 FOM 中添加和操縱 MOSFET 參數的數量無法指示其在任何給定的應用表現如何。 換句話說，所有的基於器件的 FOM 都完全無視應用環境，因此對最終使用者只不過具有聊勝於無的意義。 系統設計人員不應當依賴更低的 FOM 作為其提高性能之道，而應當回歸到損耗分析的基礎原理上。 當今的開關電路相當複雜，但任何應用中的 MOSFET 損耗仍然是以下因素帶來的損耗的組合： 損耗在這裡被表達為多個MOSFET參數的加權和，權重因數取決於表II最後一列中列出的操作條件。 應該明確的是，任意取 Rds 和 Qg 兩個數，並使乘積最小，而不考慮方程中的其他項，都不會直接提高性能。 具有較低 FOM 的器件可能確實可以在實際中有較好表現，但這樣的行為絕不可能通過他們的 Rds x Qg 乘積來斷言或預測。 無論怎樣強調都不會過分的是，應當將多個系統參數與更廣泛的 MOSFET 屬性選擇相匹配，而不是單純地比較 FOM。 圖 3 顯示出對 600kHz 低功率升壓轉換器的另一項評估。 從圖中可以看到，即使在 FOM 減少 1.5 倍時，也出現一致的性能劣化。 在 50% 負載情況下，採用較低 FOM 器件的效率下降近 6%。 該轉換器採用較低的11 V 輸入，併產生135 mA的52V輸出。 下文表III比較了兩個被測試的 MOSFET 的相關參數。 Coss 造成的損耗在升壓轉換器中佔主導地位，而且，Eoss 3 倍的上升清楚地表明它在該應用場合是一項錯誤選擇。 鑒於功率較低，而且採用了高輸出電壓和開關頻率的組合，甚至不需要進行任何詳細的損耗分析。 需要指出的是，FET B 本身並不是一款劣質產品。 它被設計用於一種不同的應用場合，即 Coss 損耗不太重要的場合。 MOSFET 技術已經發展到了較高水準，可以設計出高度定製的、針對具體應用場合的器件平臺。 如果選擇 FET B 而不選擇 FET A，僅僅是因為前者具有“更好的 FOM ”，卻絲毫不考慮系統條件，這就是一項糟糕的設計實踐。 MOSFET 品質因數不包含 Coss 和 Eoss（ 它們可能是高壓應用場合下開關損耗的主要來源 ）這一事實，使其對於系統設計人員而言甚至更加無關緊要。   根據定義，任何 FOM 都是指技術平臺。 它可以派生出大量的產品，所有這些產品都具有完全相同的FOM。 但最終使用者並不需要整個平臺。 他們所要尋找的是一種最適合他們的應用場合的器件，這不可能依靠 Rds x Qg 乘積來確定。 器件設計者創建出在每個矽單元有源區具有特定 Rds 和電容的幾何形狀。 然後再把該矽片切割成不同尺寸的小塊，從而創建出許多個 MOSFET。 品質因數的概念適用於這種幾何形狀，但不適用於任何具體的 MOSFET。 從定義來看，所有這些 MOSFET 都具有完全相同的 Rds x Qg 乘積。 這可以通過將損耗方程應用於基於 FET270 平臺的寬範圍的可能 MOSFET來進一步說明。 圖4a 顯示出三個不同的功率水準和設計選擇預計的損耗，它們是 Rds 的函數。 所有繪製在x軸上的 Rds 值都源自於相同的 FET270 幾何形狀，但具有不同的有源區。 MOSFET 電容和電荷與相同的有源區成反比例地上升或降低。 換句話說，所有元件都具有相同的 FOM，但在該應用場合中仍然可能具有差異極大的不同性能。 [1] B. J. Baliga，“關於功率半導體器件的品質因數在高頻應用場合的研究”，IEEE電子器件通訊（Electron DeviceLetters），1989年，455-457頁。 [2] I.J. Il-Jung Kim、S. Matsumoto、T. Sakai和 T. Yachi，“關於新型功率器件的品質因數在高頻應用場合的研究，”功率半導體器件積體電路國際會議會議錄， 日本橫濱，1995年，309-314頁。 [3] A. Q. Huang，“新型單極開關電源器件品質因數”，IEEE電子器件通訊，第25卷，2004年，298-301頁。 [4] Phil Rutter， Steven Peake， “低電壓TrenchMOS與低特定RDS （on） 及 QG FOM的結合”， ISPSD 會議錄，2010年，325-328頁。 [5] Yuancheng Ren、Ming Xu、Jinghai Zhou和Fred C. Lee，“功率MOSFET損耗模型分析”， IEEE 功率電子產品會議錄， 第21卷第2冊，2006年3月，310-319頁。 [6] Phil Rutter， Steven T Peake， “低電壓超結合功率MOSFET：一項針對應用場合優化的技術”，IEEE 應用功率電子產品會議，2011年，491-497頁。 [7] Krishna Shenai. “關於功率電子開關器件的真正品質因數，” ECS會議錄，第58卷第4冊，2013年， 199-210頁。 [8] Sanjay Havanur， Philip Zuk， “與具體應用場合相關的FOM：選擇恰當MOSFET的關鍵考慮因素”， How2power.com 通訊，2015年4月，http://how2power.com/newsletters/1504/index.html |
