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1、功率MOSFET 之基础篇,老梁头 2015年1月,锐骏半导体,简介,自从上世纪90年代，功率MOSFET技术取得 重大进步，极大地促进了电子工业的发展， 尤其是开关电源工业。 由于MOSFET比双极型晶体管具有更快的开 关速度，使用MOSFET时开关频率可以达到 几百KHz，甚至上MHz。使得开关电源的功 率密度越来越高，体积越来小。,锐骏半导体,MOSFET的类型,MOSFET 的主要两种类型为增强型MOSFET和耗尽型MOSFET。 增强型和耗尽型MOSFET都有N沟道和P沟道两种形式。 具体电路符号如图一所示,锐骏半导体,MOSFET的工作原理,对于N沟道增强型MOSFET，当栅源极间
2、电压为零时，漏源极间电流为 零。它需要一个正的栅源极间电压（VGVS)来建立漏源极间电流。 对于P沟道增强型MOSFET，当栅源极间电压为零时，漏源极间电流为 零。它需要一个负的栅源极间电压（VGVS)来关断漏源极间电流。 耗尽型MOSFET一般不用做功率晶体管，也很少用在单管小电流电路 中，多用于对电路中重要器件的敏感输入端的接地保护电路中。而增强 型MOSFET多用于功率晶体管，常用的以N沟道的最多。所以后续章节 只介绍增强型功率MOSFET。,锐骏半导体,MOSFET的等效电路,当栅源极间加一个电压时， MOSFET导通，漏源极间可等效为一电阻， 此电阻与温度有关，温度升高，该电阻变大。
3、它还和栅源极间电压的大 小有关系，电压升高该电阻变小。 等效电路如图二所示。,锐骏半导体,MOSFET的等效电路,当栅源极间电压为零时， MOSFET关闭，漏源极间可等效为一二极管。 此二极管为MOSFET的体二极管，一般情况下特性很差，尽量避免使用。 等效电路如图三所示。,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,漏源电压 VDSS VDSS是器件在断开状态下漏极和源极所能承受的最大电压。 VDSS因温度的变化而产生波动。 漏源通态电阻 RDS(ON) RDS(ON)是器件在给定栅源电压以及25的结温这两个条件下最大的阻抗。RDS(ON)因温度和栅源电压变化而变化。 以上两个参数可以说明器件最关键
4、的性能，一般是选择MOSFET的第一考虑因素,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,漏极电流 ID ID在沟道损耗容限内，可在漏极连续通入的直流电流最大值。一般数据说明书中给定两个值，一个是在背板温度为25时，另一个是在背板温度为100时。这两个数据在实际应用中数据说明书中给定的条件很难达到，所以电流值在实际运行中很难达到。因此最大电流降额作为背板温度的函数，所引用的两个值是降额曲线上的两个点。降额曲线如图四所示 以RU4090L为例，在背板温度为25，ID=90A；在背板温度为100，ID=73A；数据说明书中有降额曲线，如图五所示,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,锐骏半导体,MOSFET
5、的主要参数,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,最大耗散功率 PD PD表示在规定的背板温度下，可在MOSFET连续消耗损耗的最大值。一般数据说明书中也会给定两个值，一个是在背板温度为25时，另一个是在背板温度为100时。这两个数据在实际应用中也很难达到数据说明书中给定的条件，所以也需要降额使用。降额曲线如图六所示。 以RU4090L为例，在背板温度为25，PD=107W；在背板温度为100，PD=53.5W。数据说明书中也有降额曲线，如图七所示,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,栅源电压 VGSS VGSS是在栅极和源
6、极间允许加的最大电压。一旦超过这个电压值，即使在极短的时间内也会对栅极氧化层产生永久性损害。VGSS一般为20V，也有30V或是更小的 结温 TJ TJ是PN结间的最大温度，超过此温度可能会造成MOSFET永久损坏。一般TJ为150或175,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,热阻 RJC RJC表示热传导的难易程度。热阻值越小，散热性能越好。 各个电容 CiSS Coss Crss 输入电容CiSS、输出电容Coss及反向传输电容Crss存在如下关系 CiSS=Cgs+Cgd Coss=Cds+Cgd Crss=Cgd 其中 Cgs：栅极与源极之间的电容 Cds：漏极与源极之间的电容 Cgd
7、：栅极与漏极之间的电容 容量值越小，QG越小，开关速度越快，开关损耗就越小。,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,电荷量 QG QGS QGD QG：栅极总的电荷量 QGS：栅极与源极间所需电荷量 QGD：栅极与漏极间所需电荷量 电荷量 Q=C*V 开关时间 t=Q/I 所以电荷量越大，所需开关时间t就越长，开关损耗越大。 以上为MOS的主要参数，当然还有一些别的参数，例如开启电压 VGS(th），MOS体内二极管的一些参数，漏电流等参数咱们将在后边的 延伸篇中加以详细解释。 后面介绍下MOSFET的封装型式,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,SOT-23-3,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,SO-8,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,TO-252,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,TO-220,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,TO-263,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,TO-247,锐骏半导体,
