深入理解功率MOSFET数据表.

1、深入理解功率MOSFET 数据表时间：2010-12-06 20:44:06 来源：英飞凌 作者：高杨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

2、的数据表给出的参数中,通常最为关 心的基本参数为巨I、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。也竺：通态电阻。王3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。Drai n-so

3、urce on-Mate nwistance-3_34rnl2电3-03Jfigure 11 Drain to Source on-vhit«除了表格以外，数据表中还给出了通态电阻随看结温 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鬆可以采用以下的 计算公式。鬆仙（巧）=匕碣尹f * （1 +顾）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

4、的通态电阻是室温下通态电阻的2倍。下表的曲线给出了- 随环境温度变化的关 系。DranscLirce bfea-Ldo-vnPlUHCl&S60-VFigyr# 24 Or slmouret br«3 kdoMvn 耳换饲g. VBAHj=f(Tf|i: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。 注意给出的值是在室温下的值。Drao-scurce br青已乂曲丹门 voltagiek/Gg-0V,TmA3-VFigure 24 Or s i n-source brakdowvn valtager 切.小碎产HTj此外

5、，数据表中还会给出在全温范围内(-55 C+175C)随着温度变化的曲线从上表中可以看出，性竺是随着温度变化的，所以在 设计中要注意在极限温度下的仍然能够满足系统电源对江的要求。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。Figtir 2 Topicalcharge 対茸鲁二丹码酊?in<1 幻叙 ctiirg« wivofonnsGiblu Chaic|& Clur-acX1!

6、islict1-'pm,4457r-CGtle la d a i ciia - j=a”Ift怡鬥tiEizwu5-4VFigure 2i8chiurga arid plateau wvltng?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。Gdle l?iitrblit d vv*51/：产叭注SKQpA.2.01.0i.Ofigure 13 Tbresh&ld vo-ltac|«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

7、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。I T/p*.护le 曲皿色11 筍 10 vc-itagaH'-ili ；9llK!： !i jyFigurfi 14 Typic ol g cfte th r#siK»ldl voltage g旣沪"T）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-、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IP

8、D90N06S4-04(。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、和口 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 C下 的ID电流值。ID的大小可以由以下的公式计算:(175-25)/；ZD(max)=0.8%打=169 A以IPD90N06S4

9、-04 为例，计算出的结果等于169A。为何在数据表上只标注90A呢？这是因为最大的电流受限于圭寸装脚位与焊线直径，在数据表的注释1)中可以看到详细的解释。 如下表所示：ParameterSynibolCondltl>ansiValueUnitCcrjn tu r:m升丁芸叫叶cvJf LVt,-luisd drdiii hljir曰冃|1 !怙血疋0；丨：r 1*1.1 冷 1血打输 I叫加IM ：HI E 伽II 别K 風ulilbhlil |-L ilr-lii kjrmytn ARuiliufiAFP弓”伍J3« 学I IM： IKi) |>HX JJ4 iNl

10、i Hs此外，数据表中还给出了ID和结温之间的曲线关系。从下表中可以看出，当环境温度升高时，ID会随着温度而变 化。在最差的情况下，需要考虑在最大环境温度下的ID的电流 仍然满足电路设计的正常电流的要求。Rthjc :温阻是对设计者需要非常关注的设计参数，特别是当需要计算功率MOSFET在单脉冲和不同占空比时的功率损耗时，就需要查看这个数据表来进行设计估算。笔者将在如何用数据表来进行设计估算中来具体解释。4 Max. transient thermal impedance=0)parameter D =tp Tto1i ill ii L ffitrnffl -ntiin irr j rfflt

11、flioj410 1DJ 10 IO-3 1D-21O_, 10flSOA:功率MOSFET的过载能力较低，为了保证器件 安全工作，具有较高的稳定性和较长的寿命，对器件承受的电 流、电压、和功率有一定的限制。把这种限制用Uds-ld坐标平面表示，便构成功率 MOSFET的安全工作区 （Safe OperaTIng Area，缩称SOA）。同一种器件，其SOA的大小 与偏置电压、冷却条件、和开关方式等都有关系。如果要细分 SOA，还有二种分法。按栅极偏置分为正偏置SOA和反偏置SOA;按信号占空比来分为直流 SOA、单脉冲SOA、和重复 脉冲SOA。功率MOSFET在开通过程及稳定导通时必须保持

12、栅 极的正确偏置，正偏置SOA是器件处于通态下容许的工作范 围；相反，当关断器件时，为了提高关断速度和可靠性，需要 使栅极处于反偏置，所以反偏置 SOA是器件关断时容许的工 作范围。直流SOA相当于占空比一>1是的工作条件；单脉冲 SOA则对应于占空比一> 0时的工作条件；重复脉冲 SOA对 应于占空比在0<D< 1时的工作条件。从数据表上可以看出： 单脉冲SOA最大，重复脉冲SOA次之，直流SOA最窄。3 Safe operating area/q=Kds); TQ = 25 °C：Q = 0parameter:Transfer Curve :是用图表的方式

13、表达出ID和口 Vgs的函数 关系。厂商会给出在不同环境温度下的三条曲线。 通常这三条 曲线都会相交与一点，这个点叫做温度稳定点。如果加在MOSFET的Vgs低于温度稳定点（在IPD90N06S4-04 中是 Vgs<6.2V ）,此时的 MOSFET 是正温 度系数的，就是說，ID的电流是随着结温同时增加的。在设 计中，当应用在大电流的设计中时，应避免使功率MOSFET工作在在正温度系数区域。当Vgs超过温度稳定点（在IPD90N06S4-04 中是Vgs>6.2V）, MOSFET是正温度系数的,就是說，ID的电流 是随着结温的增加是减少的。这在实际应用中是一个非常好的 特性，

14、特别是是在大电流的设计应用中时， 这个特性会帮助功 率MOSFET通过减少ID电流来减少结温的增加。? T #p” IranEfar dharalariE-lJCK；rVka WMW 71iff/y siff'I fFk| u r« 110 Typical transfer ch anct&rltl ln=T（VB）|EAS:为了了解在雪崩电流情况下功率 MOSFET的工 作情况，数据表中给出了雪崩电流和时间对应的曲线， 这个曲 线上可以读出在相应的雪崩电流下，功率 MOSFET在不损坏 的情况下能够承受的时间。对于同样的雪崩能量，如果雪崩电 流减少，能够承受的时间会变长，反之亦然。环境温度对于雪崩电流的等级也有影响，当环境温度升高时，由于收到最大结 温的限制，能够承受的雪崩电流会减少。12 Avalanche characteri