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1、根据电源谷网站文章整理MOSFET datasheet参数理解及其主要特性来源:电源谷作者:Blash下文主要介绍 mosfet的主要参数，通过此参数来理解设计时候的考量 一、场效应管的参数很多，一般 datasheet都包含如下关键参数： 1 极限参数：I D ：最大漏源电流。是指场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流。场效应管的工作电流不应超过 ID。此参数会随结温度的上升而有所减额。 I DM ：最大脉冲漏源电流。此参数会随结温度的上升而有所减额。 PD ：最大耗散功率。是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。使用时，场效应管实际功耗应小于 PDSM并留有一定余量。此参
2、数一般会随结温度的上升而有所减额。 VGS ：最大栅源电压。 Tj：最大工作结温。通常为 150 或 175 ，器件设计的工作条件下须确应避免超过这个温度，并留有一定裕量。 TSTG ：存储温度范围。 2 静态参数 V(BR)DSS ：漏源击穿电压。是指栅源电压 VGS 为 0时，场效应管正常工作所能承受 的最大漏源电压。这是一项极限参数， 加在场效应管上的工作电压必须小于 V(BR)DSS 。 它具有正温度特性。故应以此参数在低温条件下的值作为安全考虑。 V (BR)DSS/ Tj：漏源击穿电压的温度系数，一般为 0.1V/。 RDS(on) ：在特定的 V GS （一般为 10V ）、结温
3、及漏极电流的条件下， MOSFET导通时漏源间的最大阻抗。它是一个非常重要的参数，决定了 MOSFET导通时的消耗功率。此参数一般会随结温度的上升而有所增大。 故应以此参数在最高工作结温条件下的值作为损耗及压降计算。 VGS(th)：开启电压（阀值电压）。当外加栅极控制电压 VGS 超过 V GS(th)时，漏区和源区的表面反型层形成了连接的沟道。应用中，常将漏极短接条件下 ID 等于 1毫安时的栅极电压称为开启电压。此参数一般会随结温度的上升而有所降低。 I DSS ：饱和漏源电流，栅极电压 VGS=0 、 V DS 为一定值时的漏源电流。一般在微安级。 I GSS：栅源驱动电流或反向电流。
4、 由于 MOSFET输入阻抗很大，I GSS 一般在纳安级。3 动态参数gfs：跨导。是指漏极输出电流的变化量与栅源电压变化量之比，是栅源电压对漏极电流控制能力大小的量度。 gfs与 V GS 的转移关系图如图 2所示。 总 20 页 第页Qg ：栅极总充电电量。 MOSFET是电压型驱动器件，驱动的过程就是栅极电压的建立过程， 这是通过对栅源及栅漏之间的电容充电来实现的，下面将有此方面的详细论述。 Qgs ：栅源充电电量。 Qgd ：栅漏充电（考虑到 Miller效应）电量。 Td(on)：导通延迟时间。从有输入电压上升到 10% 开始到 VDS 下降到其幅值 90% 的时间 (参考图 4)
5、。 Tr：上升时间。输出电压 VDS 从 90% 下降到其幅值 10% 的时间。 Td(off)：关断延迟时间。 输入电压下降到 90% 开始到 VDS 上升到其关断电压时 10%的时间。 TfCiss：下降时间。输出电压 VDS 从 10% 上升到其幅值 90% 的时间 (参考图 4)。 ：输入电容， C iss = CGD + C GS （ C DS 短路）。 CossCrss：输出电容。 Coss = C DS +CGD 。 ：反向传输电容。 Crss= C GD 。 图 2 MOSFET的极间电容MOSFET 之感生电容被大多数制造厂商分成输入电容， 输出电容以及反馈电容。所引述的值是
6、在漏源电压为某固定值的情况下。 此些电容随漏源电压的变化而变化 （见图 3 的一典型关系曲线）。电容数值的作用是有限的。输入电容值只给出一个大概的驱动电路所需的充电说明。 而栅极充电信息更为有用。 它表明为达到一个特定的栅源电压栅极所必须充的电量。总 20 页 第页图 3结电容与漏源电压之关系曲线 4 雪崩击穿特性参数这些参数是 MOSFET在关断状态能承受过压能力的指标。限电压将导致器件处在雪崩状态。 如果电压超过漏源极EAS ：单次脉冲雪崩击穿能量。这是个极限参数，说明 MOSFET所能承受的最大雪崩击穿能量。 I AR ：雪崩电流。 EAR ：重复雪崩击穿能量。 5 热阻：结点到外壳的热
7、阻。它表明当耗散一个给定的功率时，结温与外壳温度之间的差值大小。公式表达 t = PD*。 ：外壳到散热器的热阻，意义同上。 ：结点到周围环境的热阻，意义同上。 6 体内二极管参数I S ：连续最大续流电流（从源极）。I SM ：脉冲最大续流电流（从源极）。VSD ：正向导通压降。 Trr：反向恢复时间。 Qrr ：反向恢复充电电量。 Ton ：正向导通时间。（基本可以忽略不计）。总 20 页 第页图 3 g fs -VGS 曲线图 图 4 MOSFET开通时间和关断时间定义二、在 应用过程中，以下几个特性是经常需要考虑的： 1、 V（ BR ） DSS 的正温度系数特性。这一有异于双极型器件
8、的特性使得其在正常工作温度升高后变得更可靠。但也需要留意其在低温冷启机时的可靠性。 2、 V（ GS ） th的负温度系数特性。栅极门槛电位随着结温的升高会有一定的减小。一些辐射也会使得此门槛电位减小，甚至可能低于 0电位。这一特性需要工程师注意 MOSFE在T 此些情况下的干扰误触发，尤其是低门槛电位的 MOSFET应用。因这一特性，有时需要将栅极驱动的关闭电位设计成负值（指 N 型， P 型类推） 以避免干扰误触发。3、 V DSon/RDSon 的正温度系数特性。 VDSon/R DSon 随着结温的升高而略有增大的特性使得 MOSFET的直接并联使用变得可能。双极型器件在此方面恰好相反
9、，故其并联使用变得相当复杂化。 R DSon 也会随着 ID 的增大而略有增大，这一特性以及结和面 RDSon 正温度特性使得 MOSFET避免了象双极型器件那样的二次击穿。 总 20 页 第页但要注意此特性效果相当有限，在并联使用、 推挽使用或其它应用时不可完全依赖此特性的自我调节，仍需要一些根本措施。 这一特性也说明了导通损耗会在高温时变得更大。故在损耗计算时应特别留意参数的选择。 4、 ID 的负温度系数特性?总 20 页 第页电源应用中 Mosfet 驱动电路设计参考来源:电源谷作者:Blash一、驱动过程原理驱动设计是 MOSFET应用的重点之一。而 MOSFET驱动过程特性的理解将
10、会有助于此方面的正确应用。MOSFET的栅极驱动过程可以简单理解为驱动电源对MOSFET输入电容的充放电过程。其极间电容效应如本站文章“DATASHEET参数及基本特性 ” 中示意图所示。器件规格书目所提供的极间电容值是在一定条件下得到的静态参数。而在实际应用， 这些电容的参数是温度及电压的非线性函数关系，而且受米勒效应 的影响， 总的动态输入电容将比总静态电容大得多。 这些都给栅极驱动的准确分析带来很大困难。但从应用角度，了解其驱动过程的特性是必须的。下面图 5 和图 6 为器件商提供之恒流源 （为了更容易地展现并解释栅极的容性负载充电过程） 驱动栅极的典型特性曲线。 图 7 为器件商提供之
11、恒压源驱动栅极时的典型特性曲线。图 8为一开关电源（ SPS ）模块（ FLYBACKTopology ）功率 MOSFET驱动开启（ Toff_on）时测量得到的波形记录。图9为驱动过程分解之等效电路图 5恒流源作为驱动电源时的驱动过程曲线及其对应的MOSFET开通波形曲线总 20 页 第页图 6恒流源作为驱动电源时VGS与 ID /V DS的关系曲线图 7，在恒压源作为驱动电源时的驱动过程曲线及其对应的MOSFET 开通波形曲线总 20 页 第页图 9 MOSFET驱动电源为恒压源时开启过程之4阶段等效电路（以二极管钳位感性电路为负载）(a) t 0 t 1 阶段等效电路(b) t 1 t
12、 2 阶段等效电路(c) t 2 t 3 阶段等效电路(d) t 3 t 4 阶段等效电路总 20 页 第页栅极驱动过程分解：时期等效电路模型过程描述t0 之前t 0之前。 MOSFET处于关闭状态，其漏源间承受全部电压Vdd ，栅极电压VGS和漏极电流 ID为零；总 20 页 第页(a)t 0 t 1(b)t 1 t 2t 0 t 1 时期 。在图 5 和图 6 中恒流驱动电源IG 给 Ciss 充电 ( 一般静态CGS CGD ，故仅考虑 V GS 已经有足够的精确度 ),V GS 线性上升并到达门槛电压V G(th) 。 VGS 上升到 V G(th) 之前漏极电流I D 0A 。所需驱
13、动电量： Q t 0 t 1 = (t 1 - t 0 )I G = V G(th) Ciss V G(th) CGS所需驱动电流：I G = V G(th) Ciss / (t1- t0 )栅极电压上升率：dV GS /dt= I G /Ciss I G / CGS现实使用中（驱动电压近似恒压源） ， 如图 7 示， V GS 呈指数上升， 时间常数 t 1 = RG(CGS + CGD1 ) .t1t2时期 。 t1时刻 MOSFET被打开，在 t1t2期间 I G 给 Ciss继续充电。栅极电压 VGS继续上升，机理跟前一阶段完全一样，公式参考如上。此时器件进入了饱 和区（进入此区的条件
14、是 2VDS(VDS(sat) =VGS-Vth )，漏极电流 i D 从 t1 时刻起依 VGS按一定函数关系爬升（i D =K(VGS-Vth ), K = n COXW/2L，COX=eOX/t OX，其中 n为反型层中电子的迁移率，eOX为氧化物介电常数，t OX为氧化物厚度， W/L 分别为沟道宽度和长度）。此上升斜坡持续直至 t2 时刻电流 i D 达到饱和或达到负载最大电流，故VGS的上升到达平台 Va 随 i D（一般为负载最大电流）而不同。在此期间漏源极之间依然承受近乎全部电压 Vdd 。以上所有时期 t0t2,Crss(即 C GD）的上端电位被钳位于Vdd ，下端则随栅极电压变化而变化。在这个期间Crss的充电电流非常小可以忽略不计，电流大部分 流到 C GS 。 总 20 页 第页(c)t 2 t 3(d)t 3 t 4t 2 t3 时期 。 t 2 时刻电流 ID 达到饱和或达到负载最大电流并维持恒定，而
