MOSFET 的工作方式可分为两种基本模式：线性模式和开关模式。在线性模式下，晶体管的栅源电压足以使电流流过沟道，但沟道电阻相对较高。沟道两端的电压和流过沟道的电流都很大，导致晶体管的功耗很高。
在开关模式下， 栅源电压要么足够低以防止电流流动，要么足够高以将 FET 置于“完全增强”状态，在这种状态下沟道电阻大大降低。在这种状态下，晶体管的作用就像一个闭合的开关：即使通道中有大电流流过，功耗也会很低或中等。
当开关模式操作接近理想情况时，功耗变得可以忽略不计。该开关要么完全不活动，电流为零，因此损耗为零，要么完全活动，电阻，因此损耗。由于其高效率，开关模式被用于许多应用——数字 CMOS 电路、电源和D 类放大器。
然而，现实生活中的 MOSFET 开关会涉及损耗，设计人员在选择部件和布局电路板时通常需要考虑这些损耗。在本文中，我们将讨论三种类型的意外功耗：
传导损耗。
开关损耗。
栅极电荷损失。
传导损耗
传导损耗是电流流过 MOSFET 通道的非零电阻时消耗的功率。完全增强型 MOSFET 的漏源电阻用R DS(on)表示。
图 1 取自 Onsemi 的NDS351AN MOSFET 数据表，显示了沟道电阻如何随着栅源电压的增加而降低。完全增强状态对应于曲线的低斜率部分。
Onsemi NDS351AN MOSFET 的沟道电阻与栅源电压。
图 1. NDS351AN MOSFET 的沟道电阻与栅源电压的关系。图片由Onsemi提供
瞬时传导损耗 ( P C ) 可以使用电力标准公式之一进行计算：
PC =( ID ) 2 × RDS ( on )
等式 1。
其中I D是 FET 的漏源电流。
我们还可以使用 RMS 电流而不是瞬时电流来计算时间平均传导损耗：
PC ( RMS ) =( ID ( RMS ) ) 2 × RDS ( on )
等式2。
由于我们假设流过 MOSFET 的电流量由应用要求决定，因此减少传导损耗的方法是减少R DS(on)。这首先是通过仔细选择部件来实现的——一些现代 FET，包括碳化硅和氮化镓，提供极低的R DS(on)。
除此之外，您还应该确保工作条件和周围电路有助于 FET 达到尽可能低的通道电阻。当需要大电流时，即使是几分之一欧姆也可能很重要，例如图 2 的降压转换器。
流经 LTspice 降压转换器的电流。
图 2.降压转换器中的负载电流必须流过开关元件（通常是 MOSFET）的沟道电阻。图片由罗伯特·凯姆提供
开关损耗
在开关模式操作的简化模型中，MOSFET 要么完全导通，要么完全关断。然而，更现实的模型必须承认两种状态之间的转变不是瞬时的。相反，FET 每次切换时都会短暂地以高功耗线性模式运行。这导致第二种类型的损耗，称为开关损耗。
计算开关损耗并不简单，因为导通和截止状态之间的转换是一个高度动态的过程，在此过程中通道电阻呈现连续变化。公式 3 中的公式由 ROHM Semiconductor 在本应用笔记中建议。
P S W = 1 2 × V I N × I D × ( t R + t F ) × f S W
等式 3。
该方程表明开关损耗 ( P SW ) 取决于以下所有因素：
用于驱动通过 FET 的开关电流 ( V IN ) 的电压。
FET 的漏极电流 ( I D )。
开关波形的上升和下降时间（t R和t F）。
开关频率 ( f SW )。
栅极电荷损失
所有 MOSFET 都有一个绝缘层，可防止电流流过栅极端子，这是它们与其他类型场效应晶体管的区别之一。然而，严格来说，这种绝缘仅阻止稳态电流。如图3所示，MOSFET的绝缘栅极是电容性结构；因此，瞬态电流会在栅极驱动电路中流动，直到栅极电容器完全充电或放电。
显示电容栅极结构和漏极至源极电流通道的 MOSFET 图。
图 3.在此 MOSFET 图中，施加的栅极至源极电压创建了漏极至源极电流的通道。图片由Tony R. Kuphaldt提供
这构成了开关模式 MOSFET 耗散损耗的另一个来源。打开和关闭 FET 需要改变栅极电压，当产生的瞬态电流流过寄生电阻时，就会产生功耗。
栅极电荷损失 ( P GC ) 的公式由公式 4 给出。
P G C = Q G × V G S × f S W
等式 4。
在哪里：
Q G是 FET 所需的总栅极电荷
V GS是栅源电压
f SW是开关频率。
方程 4 引出了一个重要的观察结果。栅极电荷要求较高的 MOSFET 会降低效率，因此设计人员面临着一个权衡：较大的栅极面积有助于降低R DS(on)，从而减少传导损耗，但较大的栅极面积也会增加Q G和因此增加了栅极电荷损失。
