MOSFET在电源电路中的应用是极其广泛的，针对不同的应用环境就要挑选合适的相关参数，如几伏特的应用电压就要选几伏特以上的VDS，做开关用就要注意Rdson, 做高频率切换用就要注意Qg.......等，并没有所谓规格最好的MOSFET。 而品质因数就是一个比较偏颇的比较方式，请参考以下Vishay专家的详细说明 通过其品质因数（ FOM ） 比较 MOSFET 已经成为一项无处不在的行业实践。 随著目前出现越来越多的评比和SOA曲线，FOM正在日益被用作MOSFET的规格（specmanship）要素。 MOSFET FOM 最简单、最广泛使用的定义是 Rds x Qg 乘积。 每个新的 MOSFET 产品线发布时，都会同时公布令人印象深刻的至少 20% 的 FOM 下降幅度。 基于更新型宽频隙技术的设备进一步提升，声称在品质因数方面可以降低 50 倍甚至 100 倍。 最终使用者完全被这些夸张的数位搞得一头雾水。 使用一个因数提高了 50 倍的开关器件到底有什么好处？ 它会减少b50b倍的损耗吗？ 如果您有一个功率转换器，其硅 MOSFET 消耗 10 W，然后代之以另一个具有 “ 50 倍品质因数改进 ” 的器件，损耗会降低到 0.2 W 吗？ 虽然损耗减少 10% 也很受欢迎，但相对于品质因数 50 倍的改善，这实在是有一种鸡肋的感觉。  最早提到功率 MOSFET 在开关应用中的品质因数是在参考文献[1] 中。 它把Baliga（巴厘加 ）高品质因数定义为：  Cin 后来被 Qg 作为行业标准而取代，并牢固确立了一个首要的、普遍有效的 FOM 的观念。 对该定义提出过若干修改，但简单的 Rds x Qg 继续是业界最喜欢采用的公式，即使目前也是这样。 原始的 FOM 背后的逻辑相当简单。 更低的 Rds 能够降低导通损耗，而更低的 Qg 能够减少开关损耗。 如果它们的乘积能够最小化，总损耗也就最小化了。 但现实能够很好地反映这一逻辑吗？ 曾经有过一次评估，其采用三个设计平台的系列，其中两个平台具有相似的 Rds x Qg乘积，而第三个平台来自于早期一代的产品，其 Rds 值以及 FOM 值都高很多。 不同的设备在表I中由其 FOM 进行区分。 该测试平台是市售的DC-DC四分之一块（ quarterbrick ）类型，采用 ZVS 桥作为主拓扑，以 200 kHz 运行。 损耗和效率结果如图 1 所示。 FOM 2.8 倍的降低以及 Rds 5.8 倍的降低并没有带来任何性能方面的好处。 而另一方面，比 FET270 稍微逊色的 FET300 却战胜了其他两个产品，效率提高了近 1%。 显然，功率 MOSFET 或任何其他开关器件的真实性能与它们所吹嘘的品质因数之间并不存在什么必然联系。  仔细考察参考文献[1] 可以揭示出对 MOSFET 损耗性质的一个根本性误解。 它明确指出，MOSFET 中的唯一开关损耗是由栅极充电和放电引起的。 它还指出：这些开关损耗与开关频率的平方根成正比。 V-I 交叉损耗完全可以忽略不计，还有 Coss 或体二极管相关的损耗也微不足道。 事实上，在 1989 年该定义首次提出时，人们尚未完全理解 Coss 所带来的损耗，当时的常见做法是反向连接外部整流器，以绕过 MOSFET 体二极体。 然而，在功率 MOSFET 被发明出来很早之前，感应开关机制和相关的交叉损耗就已经是众所周知的事情了。 故意忽略这些已知的、主要的因素是非常令人惊讶的。 不太让人惊讶的是如下事实：由此产生的FOM，其实际上与应用环境没有什么关系，却仍然被业界视为圭臬。  图2 显示了用于 AC-DC 电源的 Plug to Processor（ 插入处理器 ）传动系，并列出了各种参数的典型工作范围。 可以看出，每个功率级都需要不同的技术，因为工作行条件覆盖了很大的范围，通常跨越两个数量级。 两个器件参数的简单乘积能够预测出哪种器件将在每一个这些应用条件下产生出最低损耗性能吗？  参考文献 [2]〜[7] 多次尝试改进原始的 FOM 定义，把 Qg 取代为 Q gd 或 Q oss ，或取代为与 MOSFET 相关联的电容电荷的更复杂函数。 然而，这些做法都无法克服 FOM 概念在乘积层面上所固有的局限性。 关于 MOSFET 通用品质因数这一基本概念有两个问题，用户必须加以考虑。 首先，MOSFET 引起的总损耗不仅由其自身的特性决定，这些损耗还同样取决于它们与系统的匹配程度。 向 FOM 中添加和操纵 MOSFET 参数的数量无法指示其在任何给定的应用表现如何。 换句话说，所有的基于器件的 FOM 都完全无视应用环境，因此对最终使用者只不过具有聊胜于无的意义。 系统设计人员不应当依赖更低的 FOM 作为其提高性能之道，而应当回归到损耗分析的基础原理上。 当今的开关电路相当复杂，但任何应用中的 MOSFET 损耗仍然是以下因素带来的损耗的组合： 损耗在这里被表达为多个MOSFET参数的加权和，权重因数取决于表II最后一列中列出的操作条件。 应该明确的是，任意取 Rds 和 Qg 两个数，并使乘积最小，而不考虑方程中的其他项，都不会直接提高性能。 具有较低 FOM 的器件可能确实可以在实际中有较好表现，但这样的行为绝不可能通过他们的 Rds x Qg 乘积来断言或预测。 无论怎样强调都不会过分的是，应当将多个系统参数与更广泛的 MOSFET 属性选择相匹配，而不是单纯地比较 FOM。 图 3 显示出对 600kHz 低功率升压转换器的另一项评估。 从图中可以看到，即使在 FOM 减少 1.5 倍时，也出现一致的性能劣化。 在 50% 负载情况下，采用较低 FOM 器件的效率下降近 6%。 该转换器采用较低的11 V 输入，并产生135 mA的52V输出。 下文表III比较了两个被测试的 MOSFET 的相关参数。 Coss 造成的损耗在升压转换器中占主导地位，而且，Eoss 3 倍的上升清楚地表明它在该应用场合是一项错误选择。 鉴于功率较低，而且采用了高输出电压和开关频率的组合，甚至不需要进行任何详细的损耗分析。 需要指出的是，FET B 本身并不是一款劣质产品。 它被设计用于一种不同的应用场合，即 Coss 损耗不太重要的场合。 MOSFET 技术已经发展到了较高水准，可以设计出高度定制的、针对具体应用场合的器件平台。 如果选择 FET B 而不选择 FET A，仅仅是因为前者具有“更好的 FOM ”，却丝毫不考虑系统条件，这就是一项糟糕的设计实践。 MOSFET 品质因数不包含 Coss 和 Eoss（ 它们可能是高压应用场合下开关损耗的主要来源 ）这一事实，使其对于系统设计人员而言甚至更加无关紧要。   根据定义，任何 FOM 都是指技术平台。 它可以派生出大量的产品，所有这些产品都具有完全相同的FOM。 但最终使用者并不需要整个平台。 他们所要寻找的是一种最适合他们的应用场合的器件，这不可能依靠 Rds x Qg 乘积来确定。 器件设计者创建出在每个硅单元有源区具有特定 Rds 和电容的几何形状。 然后再把该硅片切割成不同尺寸的小块，从而创建出许多个 MOSFET。 品质因数的概念适用于这种几何形状，但不适用于任何具体的 MOSFET。 从定义来看，所有这些 MOSFET 都具有完全相同的 Rds x Qg 乘积。 这可以通过将损耗方程应用于基于 FET270 平台的宽范围的可能 MOSFET来进一步说明。 图4a 显示出三个不同的功率水准和设计选择预计的损耗，它们是 Rds 的函数。 所有绘制在x轴上的 Rds 值都源自于相同的 FET270 几何形状，但具有不同的有源区。 MOSFET 电容和电荷与相同的有源区成反比例地上升或降低。 换句话说，所有元件都具有相同的 FOM，但在该应用场合中仍然可能具有差异极大的不同性能。 [1] B. J. Baliga，“关于功率半导体器件的品质因数在高频应用场合的研究”，IEEE电子器件通讯（Electron DeviceLetters），1989年，455-457页。 [2] I.J. Il-Jung Kim、S. Matsumoto、T. Sakai和 T. Yachi，“关于新型功率器件的品质因数在高频应用场合的研究，”功率半导体器件积体电路国际会议会议录， 日本横滨，1995年，309-314页。 [3] A. Q. Huang，“新型单极开关电源器件品质因数”，IEEE电子器件通讯，第25卷，2004年，298-301页。 [4] Phil Rutter， Steven Peake， “低电压TrenchMOS与低特定RDS （on） 及 QG FOM的结合”， ISPSD 会议录，2010年，325-328页。 [5] Yuancheng Ren、Ming Xu、Jinghai Zhou和Fred C. Lee，“功率MOSFET损耗模型分析”， IEEE 功率电子产品会议录， 第21卷第2册，2006年3月，310-319页。 [6] Phil Rutter， Steven T Peake， “低电压超结合功率MOSFET：一项针对应用场合优化的技术”，IEEE 应用功率电子产品会议，2011年，491-497页。 [7] Krishna Shenai. “关于功率电子开关器件的真正品质因数，” ECS会议录，第58卷第4册，2013年， 199-210页。 [8] Sanjay Havanur， Philip Zuk， “与具体应用场合相关的FOM：选择恰当MOSFET的关键考虑因素”， How2power.com 通讯，2015年4月，http://how2power.com/newsletters/1504/index.html |
