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深入理解功率MOSFET数据表(下)

时间:2019-10-08 作者:高杨 阅读:
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。

在上篇《深入理解功率MOSFET数据表(上)》中,介绍了功率MOSFET的基本参数Rds(on)、VBR(DSS)、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ID、Rthjc、SOA、Transfer Curve、和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℃下的ID电流值。

ID的大小可以由以下的公式计算:

001ednc20191010

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:

002ednc20191010

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。

003ednc20191010

Rthjc: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。

004ednc20191010

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Uds-Id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 < 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。

005ednc20191010.jpg

Transfer Curve:是用图表的方式表达出ID和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,就是说,ID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, 就是说,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,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Vgs电流来减少结温的增加。

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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。

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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EAS=331mJ

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

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『全文完』

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高杨
拥有18+年汽车电子行业经验,特别是在车载控制器领域(多媒体、车身、驾驶辅助以及VCU)。曾任职博世汽车专家级工程师,其中10+年在汽车零部件(博世和大陆汽车),5+年汽车半导体(德州仪器TI和英飞凌)。历任多种资深(系统、设计、产品)职务,丰富的平台开发(从0到1)及产品开发的工程经验和积累。 Ford SYNC第一代的核心硬件开发工程师,定义和开发了德州仪器第一款智能高边驱动器(Smart High Side Driver),填补了TI公司在汽车电子市场的技术路线和市场空白。 整理和标准化了与设计开发的技术文件,可以直接用于指导设计及融入公司的文件体系中,满足体系审查要求和提高公司的设计流程和管理水平。(硬件设计流程管理的模板,硬件设计评审的检查清单模板)。 获得12件汽车电子专利(截止到2018年12月)(涉及车联网、总线),有9篇被《电子设计技术》EDN China杂志发表(截止到2019年10月)。 企业内训师资质认证(TTT),超过2500+页PPT汽车电子设计培训内容,满足从入门、中级及高级汽车电子设计的培训,目前已经在4家企业内部实施过培训,收到了很好的反馈。
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