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1、功率MOS场效应晶体管技术讲座 功率MOSFET特性参数的理解功率MOSFET特性参数的理解 1 1 1 1. . . . 绝对最大额定值绝对最大额定值绝对最大额定值绝对最大额定值 任何情况下都不允许超过的最大值 绝对最大额定值(TA= 2 5 )(TA= 2 5 ) 额定电压 额定电流 额定功率 额定温度 额定雪崩 項目略号条件定格単位項目略号条件定格単位 VD S SVG S= 09 0 0 VG S SVD S= 03 0 ID ( D C )Tc= 2 5 6 . 0 ID ( p u l s e )P W 1 0 s , D u t y1 %1 2 PTTc= 2 5 1 0 0 T
2、c h1 5 0 Ts t g- 5 5 + 1 5 0 IA S6 . 0 EA S S t a r t i n g Tc h= 2 5 RG= 2 5 , VG S= 2 0 V 0 4 2 . 3 Drain to Source Voltage Gate to Source Voltage Drain Current (DC) Total Power Dissipation Drain Current (Pulse) Storage Temperature Channel Temperature Single Avalanche Current Single Avalanche Ener
3、gy - - G S D G S D G S VDSS: 漏极(D)与源极(S)之间所能施加的最大电压值。VDSS: 漏极(D)与源极(S)之间所能施加的最大电压值。 VGSSGSS: 栅极(G ) 与源极(S ) 之间所能施加的最大电压值。 栅极 源极之间短路栅极 源极之间短路 1.1 1.1 1.1 1.1 额定电压额定电压额定电压额定电压 漏极 源极之间短路漏极 源极之间短路 ：MOSFET的 额定电流 ：MOSFET的 额定电流 ：寄生二极管 的额定电流 ：寄生二极管 的额定电流 ton = = 1.21.21.21.2 额定电流额定电流额定电流额定电流 ID(DC)ID(DC):漏极
4、允许通过的最大直流电流值 此值受到导通阻抗、封装和内部连线等的制约 TC=25 ( (假定封装紧贴无限大散热板) ID(Pulse) ) ID(Pulse):漏极允许通过的最大脉冲电流值 此值还受到脉冲宽度和占空比等的制约 D : 占空比 Ton : 导通时间 T : 周期 D : 占空比 Ton : 导通时间 T : 周期 环境温度 T 环境温度 T 1.31.31.31.3 额定功耗额定功耗额定功耗额定功耗 PT : 芯片所能承受的最大功耗。其测定条件有以下两种 TC=25 的条件 紧接无限大放热板，封装 背面温度为25 (图1) C : Case 的简写 TA=25 的条件 直立安装不接
5、散热板 环境温度为25 (图2) A : Ambient 的简写 封装 散热板 封装背面温度 =25 PT : 芯片所能承受的最大功耗。其测定条件有以下两种 TC=25 的条件 紧接无限大放热板，封装 背面温度为25 (图1) C : Case 的简写 TA=25 的条件 直立安装不接散热板 环境温度为25 (图2) A : Ambient 的简写 封装 散热板 封装背面温度 =25 (图1) (图2) 印刷电路板印刷电路板 1.4 1.4 1.4 1.4 额定温度额定温度额定温度额定温度 Tch : MOSFET的沟道的上限温度 一般 Tch 150（例） Tstg : MOSFET器件本身
6、或者使用了MOSFET的产品， 其保存温度范围为 最低-55 ，最高150 （例） Tch : MOSFET的沟道的上限温度 一般 Tch 150（例） Tstg : MOSFET器件本身或者使用了MOSFET的产品， 其保存温度范围为 最低-55 ，最高150 （例） 1.5 1.5 1.5 1.5 热热热热 阻阻阻阻 表示热传导的难易程度。热阻值越小，散热性能越好。如果使用手册 上没有注明热阻值时，可根据额定功耗PT及Tch将其算出。 通常所说的热阻是指 (1)(1) 沟道封装之间的热阻抗 R t h (c h - C ) (2) R t h (c h - C ) (2)沟道周围环境之间的
7、热阻抗 R t h (c h - A )R t h (c h - A ) Tch(max) -Tc PT (Tc=25-deg C)T (Tc=25-deg C) Rth(ch-c)= Tch(max) -TA PT (TA=25-deg C)T (TA=25-deg C) Rth(ch-A)= 沟道封装 之间的热阻 th(ch- ) 沟道封装 之间的热阻 th(ch- ) 沟道封装之间的热阻沟道封装之间的热阻沟道封装之间的热阻沟道封装之间的热阻 ( ( ( (有散热板的条件有散热板的条件有散热板的条件有散热板的条件) ) ) ) 器件 散热板 内部芯片 封装背面 因此因此 Tch(max)
8、-Tc PT (Tc=25-deg C)T (Tc=25-deg C) Rth(ch-c)= =（/ W ）（/ W ） PT= (W) 1 502 5 1 00 1 00 1 .2 5 热阻热阻热阻热阻RthRthRthRth的计算的计算的计算的计算 例1 ：计算2 S K 3740沟道封装之间的热阻 2 S K 3740的额定功耗PT(Tc = 2 5) 例1 ：计算2 S K 3740沟道封装之间的热阻 2 S K 3740的额定功耗PT(Tc = 2 5) =（/ W ）（/ W ） 1 502 5 1 .5 8 3 .3 例2 ：计算2SK3740沟道环境之间的热阻例2 ：计算2SK
9、3740沟道环境之间的热阻 2SK3740的额定功耗PT(Ta= 25)2SK3740的额定功耗PT(Ta= 25) Tch(max) -TA PT (TA=25-deg C)T (TA=25-deg C) Rth(ch-A)= 1.5PT= (W) 因此因此 Tch= TcTch= Tc+Rth(ch-c)x Pt+Rth(ch-c)x Pt Tch=TTch=T+Rth(ch- )x Pt+Rth(ch- )x Pt 沟道温度沟道温度沟道温度沟道温度Tc hTc hTc hTc h 的计算的计算的计算的计算 利用热阻抗计算沟道温度利用热阻抗计算沟道温度 有散热板的条件下 直立安装无散热板的
10、条件下 有散热板的条件下 直立安装无散热板的条件下 沟道环境之间的温度差 沟道封装之间的温度差 封装背面中央部或漏极的根部温度 环境温度 （/） Rth(ch-c)= Tch(max)TC P（C=25） Tch= （） Tch=Tc Rth(ch-c) P （）（） = 502 1.25 52.5 例 ：计算2SK3740在以下条件下的沟道温度Tch例 ：计算2SK3740在以下条件下的沟道温度Tch (额定功耗PT(Tc=25 )T(Tc=25 )=100W) 条件：有散热板，且封装背面温度Tc=50 ， 现在功耗 Pt= 2W 计算如下 SOA = Safe Operating Area
11、 或 AOS = Area of Safe Operating 安全动作区由个限制区构成 线 导通阻抗限制 线 额定电流限制 线 额定功耗限制 线 额定电压限制 线 二次击穿限制 有些的产品有二次击穿, 有些产品无二次击穿。 A线A线 ID VDS ID VDS 1.5 1.5 1.5 1.5 安全动作区安全动作区安全动作区安全动作区SOASOASOASOA 正偏压时的安全动作区 B线 C线 D线 E线 B线 C线 D线 E线 VSWVSW VSWVSW VD VSWVSW 123 开关两端的电压：V s w SW V s w SW两端施加的电压 1.7 1.7 1.7 1.7 抗雪崩能力保证
12、抗雪崩能力保证抗雪崩能力保证抗雪崩能力保证 对马达、线圈等电感性负载进行开关动作时， 关断的瞬间会有感生电动势产生。 对马达、线圈等电感性负载进行开关动作时， 关断的瞬间会有感生电动势产生。 ：开路：接通 ：关断 感生电动势 IDID VD D：电源电压 稳压二极管 IDID 吸收电路 吸收电路吸收电路 吸收电路吸收电路 VDSVDS 关断期间 VDS（Park) 关断期间 VDS（Park) VDSSVDSS额定值 (1) 以往产品(无抗雪崩保证)的电路必须有吸收电路 以保证瞬间峰值电压不会超过VDSS。 (1) 以往产品(无抗雪崩保证)的电路必须有吸收电路 以保证瞬间峰值电压不会超过VDS
13、S。 VD D：电源电压 漏极源极之间电压波形 漏极电流波形 导通期间 漏极源极之间电压波形 漏极电流波形 导通期间 电路比较电路比较电路比较电路比较 VDSVDS VDSVDS 漏极电流波形 漏源间电压波形 漏极电流波形 漏源间电压波形 导通期间 关断期间 MOSFET的 耐压 (BVDSS) 导通期间 关断期间 MOSFET的 耐压 (BVDSS) VDS S VDS ID VDSS额定线VDSS额定线 VGS=0V （ =SW OFF) (2) 有抗雪崩能力保证的产品，MOSFET 自身可以 吸收瞬间峰值电压而无需附加吸收电路 VGS=0V （ =SW OFF) (2) 有抗雪崩能力保证
14、的产品，MOSFET 自身可以 吸收瞬间峰值电压而无需附加吸收电路 VD D：电源电压 开启波形关断波形 VDS D 6 00V6 00V 雪崩发生 额定电压VDSS为600V的MOSFET的雪崩波形(开关电源) 实际应用例实际应用例实际应用例实际应用例 Starting TchStarting Tch ID IAS VDD VDS BVDSS ID IAS VDD VDS BVDSS DUT VDD L DUT VDD L RG=25 50RG VGS=200V Single RG=25 50RG VGS=200V Single 抗雪崩能力保证定义抗雪崩能力保证定义抗雪崩能力保证定义抗雪崩能
15、力保证定义 单发雪崩电流 IAS : 下图中的峰值漏极电流 单发雪崩能量EAS : 一次性雪崩期间所能承受的能量， 以Tch 150为极限 连续雪崩能量EAR : 所能承受的反复出现的雪崩能量， 以Tch 150为极限 抗雪崩能力测试电路抗雪崩能力测试电路 怎样选择M O S F E T的额定值怎样选择M O S F E T的额定值 器件的额定 电压值应高于实际最大电压值20% 电流值应高于实际最大电流值20% 功耗值应高于实际最大功耗的50% 而实际沟道温度不应超过125 上述为推荐值。实际设计时应考虑最坏的条件。如沟道温度 Tch从50 提高到100 时，推算故障率降提高20倍。 2 2 2 2. . . . 电特性电特性电特性电特性 VDSS D G S VGSS D G S 2.12.12.12.1 漏电流漏电流漏电流漏电流 IDSS: 漏极与源极之间的漏电流。 VGS= 0时，D与S之间加VDSS IGSS: 栅极与源极之间的漏电流。 VDS= 0时，G与S之间加VGSS IDSS: 漏极与源极之间的漏电流。 VGS= 0时，D与S之间加VDSS IGSS: 栅极与源极之间的漏电流。 VDS= 0时，G与S之间加VGSS = 10V 1m A （
