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深入解讀MOSFET關鍵特性及指標

UtFs_Zlgmcu7890 ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-06-29 11:10 ? 次閱讀

MOSFET是電子系統中的重要部件,需要深入了解它的關鍵特性及指標才能做出正確選擇。這些關鍵指標中,以靜態特性和動態特性更為重要,本文主要討論靜態特性。

本文選取Nexperia 最新推出的BUK7Y1R7-40H,以官方手冊中的數據和圖表,作為解讀依據。BUK7Y1R7-40H于2017年9月推出,基于最新工藝-Trench9制作,符合AEC-Q101認證??梢詮V泛應用于12V汽車系統,如EPS,E-Pump等。

靜態特性表

VBR(DSS) (漏極 - 源極擊穿電壓)- 表示在整個MOSFET溫度范圍內,保證器件在關斷狀態下阻隔的漏極和源極之間的最大電壓。溫度范圍為-55°C至+175°C。在電壓和溫度范圍內,BUK7Y1R7-40H漏極和源極之間的電流保證低250μA。若器件溫度低于+25°C,則該范圍VBR(DSS)小于等于40V;若器件溫度為+25°C至+175°C,則該范圍VBR(DSS)小于等于40V。

關斷狀態下溫度對特性的影響有兩方面。漏電流隨溫度升高而增大,可使器件導通。與漏電流增大一樣,擊穿電壓也隨溫度升高而上升。

VGS(th)(柵極 - 源極閾值電壓)對決定MOSFET的導通和關斷狀態而言,非常重要。VGS(th)在VDS=VGS 時定義,有時候也會針對固定的VDS值(例如10 V)進行引述。

需要注意,當柵極和漏極短接在一起時,針對特定電流的閾值電壓定義與教科書中的示例有所不同。教科書中的參數描述了MOSFET的物理狀態變化,與MOSFET芯片尺寸無關。但是,數據手冊中使用的參數針對指定電流值,與芯片尺寸有關,因為電流與芯片面積成比例。

數據手冊中的閾值電壓,以最適合常規測量的方式定義,而不是以實際器件的通常使用方式為準。下圖中提供的圖形支持該參數。

圖1

圖2

第一張圖顯示了典型和限值器件在額定溫度范圍內的閾值電壓變化。所有MOSFET都保證在兩條線之間存在閾值電壓。

因此,就25°C的BUK7Y1R7-40H而言,若VDS和VGS同時低于2V,則所有同型號器件承受的電流均低于1mA。若VDS和VGS均大于4V,則所有器件承受的電流都超過1mA。175°C時,器件下限下降至1V,上限下降至2.5V。下限值通常更為重要,因為它決定器件何時應保證關斷,以及相關應用需要具有多少噪聲裕量。

第二張圖顯示了器件如何在此閾值電壓附近導通。對于BUK7Y1R7-40H而言,若柵極電壓增加不到1 V,則電流增加100,000倍。示例表示漏極 - 源極電壓固定為5V的情況。

IDSS(漏極漏電流)保證器件在其關斷狀態下的最大額定漏極 - 源極電壓時可傳輸的最大漏電流。務必要注意高溫時的IDSS高出多少,這是最壞的情況。

IGSS(柵極漏電流)保證最大泄漏電流通過MOSFET的柵極。計算保持器件導通所需的電流時,IGSS是非常重要的參數。由于該電流是通過絕緣體的漏電流,因此與IDSS不同的是,它與溫度無關。

RDS(on)(漏極 - 源極導通電阻)是最重要的參數之一。之前的參數確保器件關斷時如何工作、器件如何關斷以及預期有多少漏電流。當在電池應用中存在問題時,這些因素都很重要。

RDS(on) 是MOSFET導通時,其閉合開關的性能量度。它是決定含有MOSFET的電路功耗和效率的關鍵因素。導通電阻 RDS(on) × ID2表示MOSFET在完全導通情況下的功耗。功率MOSFET在導通狀態下可承受幾十甚至幾百安培的電流。

MOSFET中消耗的功率使芯片溫度上升至超過底座溫度。此外,當MOSFET芯片溫度升高時,其RDS(on) 也成比例地上升。建議的最大結點溫度為175°C(針對所有Nexperia封裝的 MOSFET 而言)。

以 BUK7Y1R7-40H 數據手冊為例:

結點(芯片)和底座之間每瓦的 Rth(j-mb) 溫度上升值為0.51 K/W (0.51°C/W)。

溫度上升150 K(Tmb = 25°C,Tj = 175°C)時,最大功耗

Pmax = 150/0.51 = 294 W(與手冊一致)。

芯片溫度(Tj)為175°C時的最大RDS(on) = 3.7mΩ。

MOSFET的RDS(on)取決于柵極-源極電壓,并且存在一個較低的數值,低于該值則該參數急劇上升。針對不同的柵極驅動器, RDS(on) 隨溫度上升的比例也不同。有關電阻如何隨溫度而上升的典型曲線,如下圖:

圖3

結語

功率MOSFET廣泛應用于工業、消費和汽車領域。特別地,在剎車系統、動力轉向系統、小功率電機驅動和引擎管理電路中,MOSFET的地位越來越重要。了解MOSFET的關鍵參數和電氣性能,對于工程師后期的設計,能夠起到事半功倍的效果。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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原文標題:Nexperia 功率MOSFET電氣特性解讀

文章出處:【微信號:Zlgmcu7890,微信公眾號:周立功單片機】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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