深入理解功率MOSFET数据表

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摘要:本文不准备写成一篇介绍功率MOSFET的技术大全,只是让读者去了解如何正确的理解功率MOSFET数据表中的常用主要参数,以帮助设计者更好的使用功率MOSFET进行设计。

 

数据表中的参数分为两类:即最大额定值和电气特性值。对于前者,在任何情况下都不能超过,否则器件将永久损害;对于后者,一般以最小值、最大值、和典型值的形式给出,它们的值与测试方法和应用条件密切相关。在实际应用中,若超出电气特性值,器件本身并不一定损坏,但如果设计裕度不足,可能导致电路工作失常。

在功率MOSFET的数据表给出的参数中, 通常最为关心的基本参数为公式公式、Qgs、和Vgs。更为高级一些的参数,如ID、Rthjc、SOA、Transfer Curve、EAS等,将在本文的下篇中再做介绍。

 

为了使每个参数的说明更具备直观性和易于理解,选用了英飞凌公司的功率MOSFET,型号为IPD90N06S4-04。本文中所有的表格和图表也是从IPD90N06S4-04中摘录出来的。下面就对这些参数做逐一的介绍。

 

 公式: 通态电阻。公式是和温度和Vgs相关的参数,是MOSFET重要的参数之一。在数据表中,给出了在室温下的典型值和最大值,并给出了得到这个值的测试条件,详见下表。

 

 

除了表格以外,数据表中还给出了通态电阻随着结温变化的数据图。从图中可以看出,结温越高,通态电阻越高。正是由于这个特性,当单个功率MOSFET的电流容量不够时,可以采用多个同类型的功率MOSFET并联来进行扩流。

 

如果需要计算在指定温度下的公式,可以采用以下的计算公式。

公式

上式中 为与工艺技术有关的常数,对于英飞凌的此类功率MOSFET,可以采用0.4作为常数值。如果需要快速的估算,可以粗略认为:在最高结温下的 通态电阻是室温下通态电阻的2倍。下表的曲线给出了公式随环境温度变化的关系。

随环境温度变化的关系

公式:定义了MOSFET的源级和漏级的最大能购承受的直流电压。在数据表中,此参数都会在数据表的首页给出。注意给出的公式值是在室温下的值。

 

在室温下的值

此外,数据表中还会给出在全温范围内(-55 C…+175 C)  公式随着温度变化的曲线。

 

 

从上表中可以看出,公式是随着温度变化的,所以在设计中要注意在极限温度下的 公式仍然能够满足系统电源对 公式的要求。

 

  Qgs:数据表中给出了为了使功率MOSFET导通时在给定了的Vds电压下,当Qgs变化时的栅级电荷变化的曲线。从图表中可以看出,为了使MOSFET完全导通,Qgs的典型值约等于10V,由于器件完全导通,可以减少器件的静态损耗。

 

当Qgs变化时的栅级电荷变化的曲线

 

门极电压特性

 

Vgs:描述了在指定了漏级电流下需要的栅源电压。数据表中给出的是在室温下,当Vds= Vgs时,漏极电流在微安等级时的Vgs电压。数据表中给出了最小值、典型值和最大值。

 

最小值

 

需要注意的是,在同样的漏极电流下,Vgs电压会随着结温的升高而减小。在高结温的情况下,漏极电流已经接近达到了Idss (漏极电流)。为此,数据表中还会给出一条比常温下指定电流大10倍的漏极电流曲线作为设计参考。如下图所示。

 

漏极电流曲线

以上介绍了在功率MOSFET数据表中最为设计者关心的基本参数公式公式、Qgs、和Vgs。

 

为了更深入的理解功率MOSFET的其它一些参数,本文仍然选用英飞凌公司的功率MOSFET为例,型号为IPD90N06S4-04(https://www.infineon.com/optimos-T)。为了使每个参数的说明更具备直观性和易于理解,所有的表格和图表也是从IPD90N06S4-04中摘录出来的。下面就对这些参数做逐一的介绍。

 

如果需要更好的理解功率MOSFET,则需要了解更多的一些参数,这些参数对于设计都是十分必要和有用的。这些参数是ID、Rthjc、SOA、Transfer Curve、和EAS。

 

ID:定义了在室温下漏级可以长期工作的电流。需要注意的是,这个ID电流的是在Vgs在给定电压下,TC=25℃下的ID电流值。

 

  ID的大小可以由以下的公式计算:

公式

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