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深入理解功率MOSFET数据表(下)

由 cathy 提交于

<strong><font color="#004a85">作者：高杨</font></strong>

在上篇《<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100045563.html">深入理解功率MOSFET数据表(…;》中，介绍了功率MOSFET的基本参数R<sub>ds(on)</sub>、V<sub>BR(DSS)</sub>、Q<sub>gs</sub>和V<sub>gs</sub>。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。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I<sub>D</sub>、R<sub>thjc</sub>、SOA、Transfer Curve、和E<sub>AS</sub>。

I<sub>D</sub>：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I<sub>D</sub>电流的是在V<sub>gs</sub>在给定电压下, T<sub>c</sub>=25℃下的I<sub>D</sub>电流值。

I<sub>D</sub>的大小可以由以下的公式计算：

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以IPD90N06S4-04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封装脚位与焊线直径，在数据表的注释1）中可以看到详细的解释。如下表所示：

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此外，数据表中还给出了I<sub>D</sub>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, I<sub>D</sub>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I<sub>D</sub>的电流仍然满足电路设计的正常电流的要求。

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R<sub>thjc</sub>：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。

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SOA：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U<sub>ds</sub>-I<sub>d</sub>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－>1是的工作条件；单脉冲SOA则对应于占空比－> 0时的工作条件；重复脉冲SOA对应于占空比在0&lt;D &lt;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。

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Transfer Curve：是用图表的方式表达出I<sub>D</sub>和V<sub>gs</sub>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V<sub>gs</sub>低于温度稳定点（在IPD90N06S4-04中是V<sub>gs</sub>&lt;6.2V，此时的MOSFET是正温度系数的，就是说，I<sub>D</sub>的电流是随着结温同时增加的。在设计中，在大电流的设计中时，应避免使功率MOSFET工作在正温度系数区域。

当V<sub>gs</sub>超过温度稳定点（在IPD90N06S4-04中是V<sub>gs</sub>>6.2V）, MOSFET是正温度系数的, 就是说，I<sub>D</sub>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，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V<sub>gs</sub>电流来减少结温的增加。

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E<sub>AS</sub>: 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。

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数据表中给出了功率MOSFET能够承受的雪崩能量的值。在次例子中，室温下的E<sub>AS</sub>=331mJ

上表给出的只是在室温下的E<sub>AS</sub>，在设计中还需要用到在不同环境温度下的E<sub>AS</sub>，厂商在数据表中也会给出，如下图所示。

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