具有高電流要求的應(yīng)用，例如電池隔離和電機驅(qū)動，需要仔細考慮設(shè)計要求。了解電路設(shè)計中的最大額定值對于從功率 MOSFET 獲得最佳性能并在所需的工作壽命期間保持器件可靠性非常重要。不得超過最大額定值，以保證設(shè)備的使用壽命和可靠性。

使用低壓 (<100-V) MOSFET 的現(xiàn)代電子產(chǎn)品在汽車和工業(yè)應(yīng)用中對高功率的需求不斷增加。對于電機驅(qū)動等應(yīng)用，以千瓦為單位的功率輸出現(xiàn)在是一個非常普遍的要求。結(jié)合當(dāng)今的模塊空間限制，這意味著處理更多功率的需求正在傳遞給組件，尤其是 MOSFET。

在Nexperia 的 Power Live Event期間，Nexperia 的應(yīng)用工程師 Stein Hans Nesbakk 和國際產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Steven Waterhouse 強調(diào)需要正確評估漏極電流以及可能使用保護電路來補償高電流事件，從而提供高度可靠的產(chǎn)品。功率 MOSFET 數(shù)據(jù)表中指示的漏極電流 (I _D ) 限制是此類需要管理非常高電流的高功率應(yīng)用中最重要的參數(shù)之一。

I _D評級

MOSFET 具有三個端子：柵極、源極和漏極。電流可以通過這些端子中的任何一個流動，這些端子標(biāo)記為 I _G、I _S和 I _D。工程師和電氣設(shè)計師必須徹底了解基本功能、約束和環(huán)境條件，才能為應(yīng)用選擇合適的 MOSFET。

I _D是 MOSFET 在 T _mb = 25°C 和芯片在最大結(jié)溫下完全增強時可以承受的最大連續(xù)漏源電流。正如發(fā)言者指出的那樣，它是一個單一參數(shù)，但包含熱性能、溫度額定值、R _DS(on)、硅芯片電阻和封裝電阻。MOSFET 可以實現(xiàn)的最大電流主要來自 MOSFET 的最大功率容限。計算最大連續(xù)電流時，必須使用最大穩(wěn)態(tài)功率。如果我們定義 T _mb = 25°C，T _j(max) = 175°C，并且 R _th(j-mb) = (0.4 K/W max)，我們可以計算最大功率如下：

計算此最大功率余量所需的關(guān)鍵參數(shù)是芯片與安裝底座之間的熱阻抗 Z _th(j-mb)（圖 1）以及芯片與安裝底座之間的熱阻 R _th(j-mb)。R _th(j-mb)是熱阻，是指達到穩(wěn)態(tài)條件（也稱為直流條件）的熱響應(yīng)。

圖 1：MOSFET 內(nèi)部和外部的熱阻（來源：Nexperia）

?_{第（J-mb）個}是從結(jié)點到安裝底座的熱阻。從結(jié)點到安裝底座的瞬態(tài)熱阻是脈沖持續(xù)時間的函數(shù)，如圖 2 所示?？梢钥闯觯琈OSFET 熱響應(yīng)類似于 RC 網(wǎng)絡(luò)電響應(yīng)。其熱阻取決于傳遞的脈沖類型（具有不同占空比的單次或重復(fù) PWM 脈沖），對于超過 10 毫秒的脈沖，曲線在 100 毫秒后開始趨于平穩(wěn)，如圖所示。據(jù)說此時 MOSFET 已達到熱穩(wěn)定性。因此，從 MOSFET 的角度來看，它處于熱直流狀態(tài)。盡管熱阻在 0.1 秒后穩(wěn)定下來，但 Nexperia 在實驗室中對所有 MOSFET 進行了 30 秒或更長時間的測試。175°C 溫度是指 MOSFET 的結(jié)溫，_j . 所有 MOSFET 都必須在該溫度以下工作。P _(max)可以在數(shù)據(jù)表限制值表中找到。使用功率公式，我們可以計算漏極電流：

R _DS(on)是 MOSFET 的導(dǎo)通電阻。I _D max 可以通過考慮T _j(max)處的 R _DS(on)來計算。圖 3 中的圖表可用于計算特定溫度要求的電流。

圖 2：作為脈沖持續(xù)時間函數(shù)的從結(jié)到安裝底座的瞬態(tài)熱阻（來源：Nexperia）

圖 3：作為結(jié)溫函數(shù)的歸一化漏源導(dǎo)通電阻系數(shù)（來源：Nexperia）

確定理論最大_{ID 后}，必須通過測試和驗證來驗證該值。在最終確定和保護數(shù)據(jù)表中提供的 ID _(max)時，將考慮并考慮其他限制因素。在 T _j = 175°C 時，ID _(max) = 495 A 被認(rèn)為是 PSMN70-40SSH 的理論容量。I _D(max)測量在實驗室中得到驗證，其中結(jié)溫確保低于 T _j(max)。電流將受到 PCB 的熱設(shè)計和工作溫度的限制。

設(shè)備在實際應(yīng)用中的最大能力將取決于安裝底座 (PCB) 溫度，在數(shù)據(jù)表的情況下，這是 25°C，計算的 I _D(max)為 495 A。相同的原理可以用于計算相關(guān)溫度的應(yīng)用 I _D(max)。需要注意的是，由于高電流和 MOSFET 必須在低于 Tj(max) 的條件下工作，T _mb可能會上升。

將 MOSFET 的最大結(jié)溫 T _{j 限制}為 175°C 是由 MOSFET 需要滿足的可靠性要求驅(qū)動的。因此，175°C 是 Nexperia 用于符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MOSFET 鑒定和壽命測試的溫度限制。所有汽車功率 MOSFET 都必須滿足 175°C 的結(jié)溫規(guī)范。

圖 4：電池隔離和電機驅(qū)動應(yīng)用（來源：Nexperia）

在我_d電流最大能力成為關(guān)鍵，最需要之間的高系統(tǒng)電流發(fā)生，系統(tǒng)反應(yīng)時間-更高的能力越大的安全邊際。在電子保險絲/電池隔離中，這是過流情況檢測和反應(yīng)之間的時間；在電機驅(qū)動應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子鎖定和控制系統(tǒng)反應(yīng)之間的時間變得至關(guān)重要（圖 4）。

LFPAK 封裝

MOSFET 封裝結(jié)構(gòu)，無論是引線鍵合還是銅夾，都會影響電流在硅芯片中的傳播方式，以及封裝熱量，所有這些都會影響 I _D(max)能力。封裝設(shè)計還將有助于 MOSFET 的整體性能、其穩(wěn)健性和可靠性等所有重要特性。

對于當(dāng)今空間受限的大功率汽車和工業(yè)應(yīng)用，Nexperia 認(rèn)為，與舊的引線鍵合封裝（如 D2PAK）相比，LFPAK 具有更小的占地面積和更高的功率密度。它提供卓越的性能和高可靠性。

LFPAK 銅夾技術(shù)不僅有助于 MOSFET 實現(xiàn)更高的電流能力，其均勻的電流分布和低源極電感，還有助于 MOSFET 處理如此高的電流水平的操作。此外，銅夾的熱質(zhì)量最大限度地減少了熱點的發(fā)展，從而獲得更好的雪崩能量 (E _AS ) 和線性模式 (SOA) 性能。

圖 5：LFPAK 封裝（來源：Nexperia）

審核編輯：湯梓紅