場效應(yīng)管MOSFET絕對最大額定值參數(shù)解析

本篇主要介紹絕對最大額定值相關(guān)的參數(shù)。主要包括VDS、VGS、ID、IDM、IAS、EAS、PD、TJ、TSTG幾個(gè)參數(shù)，參數(shù)列表如下所示

1、漏-源極電壓（VDS）

VDS是指MOSFET的漏-源極的絕對最大值電壓，在管子工作時(shí)，這兩端的電壓應(yīng)力不能超過最大值。在MOSFET選型時(shí)，VDS電壓都要降額80%選用。

1、1 VDS電源的測試方法

① 浮動示波器的機(jī)箱接地。不建議采用這種方法，因?yàn)槠浒踩苑浅２睿菀讓τ脩粼斐扇松韨?，損壞被測設(shè)備和示波器。

②使用兩個(gè)傳統(tǒng)無源探頭，其地線相互連接，同時(shí)使用示波器的通道數(shù)學(xué)運(yùn)算功能。這種測量稱為“準(zhǔn)差分”方法。但是，與示波器放大器結(jié)合使用的無源探頭缺乏足夠的共模抑制比(CMRR)來充分阻塞任何共模電壓。這種設(shè)置不能充分測量電壓，但可以使用現(xiàn)有探頭。

③使用商用探頭隔離器，隔離示波器的機(jī)箱接地。探頭的地線不再位于接地電位，探頭可以直接連接到測試點(diǎn)上。探頭隔離器是一種有效的解決方案，但成本較高，其成本是差分探頭的2~5倍。

④ 在寬帶示波器上使用真正的差分探頭（VDS電壓一般比較高，注意差分探頭的電壓范圍），精確測量VDS。

1、2 VDS電壓的測試case

測量電源在穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、OC、short狀態(tài)下的VDS電壓值

1、3 VDS電壓的spec來源于MOSFET的datasheet

1、4 VDS的電壓通常要降額80%或90%進(jìn)行使用。所以在測試用例中spec要乘以0.8/0.9

1、5 VDS電壓測試的注意事項(xiàng)

①帶寬選擇：通常VDS電壓推薦使用100M以上的示波器帶寬和探頭帶寬。

AC-DC 開關(guān)電源測量Vds電壓推薦使用100MHz以上的示波器系統(tǒng)帶寬，低壓 DC-DC 開關(guān)電源測量Vds電壓推薦使用350MHz以上的示波器系統(tǒng)帶寬 。

②采樣率要滿足帶寬需求：示波器實(shí)際采樣率要大于要求帶寬的4倍，如果采樣率達(dá)不到測試所需帶寬的4倍以上，同樣會使測試結(jié)果變小，因此進(jìn)行Vds電壓測試時(shí)要合適設(shè)置示波器水平時(shí)基。

③地線要越短越好：長地線對測試結(jié)果的影響主要是因?yàn)榈鼐€寄生電感會使探頭帶寬降低，同時(shí)可能會使信號造成震蕩。

④無源探頭要校準(zhǔn)

無源探頭補(bǔ)償不當(dāng)對Vds電壓測試結(jié)果影響非常大，探頭過補(bǔ)償，會使測試結(jié)果偏大，工程師會根據(jù)錯(cuò)誤的測試結(jié)果選擇耐壓更高（當(dāng)然也更貴）的開關(guān)管，會造成產(chǎn)品成本提高；但是，相比過補(bǔ)償，探頭欠補(bǔ)償帶來的后果更為嚴(yán)重，因?yàn)樘筋^欠補(bǔ)償都會造成peak電壓測試結(jié)果偏低，可能會使本來已經(jīng)超過耐壓的信號在示波器上顯示出來還能符合元器件使用要求。

⑤電壓電流不要同時(shí)測

在測量 MOSFET 安全工作區(qū)（SOA）時(shí)，需要電流探頭與電壓探頭同時(shí)進(jìn)行測試以繪制電流和電壓交叉點(diǎn)，但是要注意，電流探頭測量時(shí)需要破壞開關(guān)管原來的走線，同時(shí)在串入一根更長的線，由于寄生電感的影響，這根線會使 Vds 瞬態(tài)電壓明顯變高，影響測試結(jié)果。因此，在測量 Vds peak電壓時(shí)一定要保證待測開關(guān)管相關(guān)布線為初始狀態(tài)。

2、 柵-源極電壓（VGS）

VGS是指MOSFET的柵-源極的工作驅(qū)動電壓，在工作中，這兩端的電壓不能超過最大值。注：這里的±20V代表的是VGS電壓可以使用正電壓導(dǎo)通，負(fù)電壓關(guān)斷。一般MOS采用0電壓就可以關(guān)斷，負(fù)電壓為了提高關(guān)斷的可靠性。IGBT雖與MOS類似，但是IGBT明確了要使用負(fù)電壓進(jìn)行關(guān)斷。

3、漏極持續(xù)工作電流( ID )

ID 是指 MOSFET 的持續(xù)工作電流，它可由下列公式計(jì)算得出：

TJ = 結(jié)溫

TC =殼溫

RDS(ON) = 漏-源極導(dǎo)通電阻

RθJC = 結(jié)-殼熱阻

K = 導(dǎo)通電阻-結(jié)溫系數(shù)

注：ID中并不包含開關(guān)損耗，并且實(shí)際使用時(shí)保持管表面溫度在25℃（Tcase）也很難。因此，硬開關(guān)應(yīng)用中實(shí)際開關(guān)電流通常小于ID 額定值@ TC = 25℃的一半，通常在1/3～1/4。

4、 脈沖漏極電流( IDM )

IDM 是代表 MOSFET 安全工作區(qū)域的電流最大值，MOSFET 只有在安全工作區(qū)域運(yùn)行，才能確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5、單脈沖雪崩電流( IAS )

測試 MOSFET 的 UIS 電路時(shí)，MOSFET 導(dǎo)通，使電感充電。當(dāng) MOSFET 關(guān)閉，電感瞬間放電，導(dǎo)致 MOSFET 上的 Lx(di/dt)的電壓擺幅超過 MOSFET 的 BVDS，導(dǎo)致 MOSFET 進(jìn)入雪崩效應(yīng)，這個(gè)電感瞬間放電的電流，即為雪崩電流 IAS。

6、單脈沖雪崩能量( EAS )

針對確認(rèn) MOSFET 的強(qiáng)固性，UIL (非嵌位電感負(fù)載) 或 UIS (非嵌位感性開關(guān)) 測試是非常重要的。EAS 表示超過 VDS 時(shí)任一脈沖的最大能量。當(dāng) MOSFET 處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電感上累積的電壓超過 MOSFET 擊穿電壓 BVDS 后，導(dǎo)致雪崩擊穿，雪崩擊穿發(fā)生時(shí)，電感瞬間放電流會流過關(guān)閉的 MODFET，導(dǎo)致高功率損耗。當(dāng)周遭線路有電感負(fù)載或瞬間負(fù)載運(yùn)行時(shí)，這個(gè)參數(shù)是要考慮的。

UIS 測試電路，當(dāng)提供 VGS 驅(qū)動信號給待測 MOSFET，待測 MOSFET 導(dǎo)通，電流開始儲存在電感 L，電流線性增長，如上圖所示。當(dāng) ID 達(dá)到 IAS 時(shí)，待測 MOSFET 此時(shí)開始關(guān)閉的，導(dǎo)致電感將儲存的能量釋放出來，強(qiáng)迫使待測 MOSFET 達(dá)到擊穿電壓值(BVDS)。而待測 MOSFET 保持(BVDS)電壓擊穿模式，直到所有能量釋放完了。IAS 與 BVDS 交迭的藍(lán)色區(qū)域?yàn)?EAS(單次雪崩能量)。

7 、總耗散功率( PD )

PD 是指 MOSFET 的最大耗散功率，此外，此功率的大小由不同的溫度條件決定。

在殼溫 (TC) 條件下，PD公式如下：

在環(huán)境溫度(TA)條件下，PD 公式如下：

TJ = 結(jié)溫

TC = 殼溫

RθJC = 結(jié)-殼熱阻

RθJA = 結(jié)-環(huán)境熱阻

8 、工作結(jié)溫和存儲溫度范圍 ( TJ , TSTG )

TJ 是指 MOSFET 最大的工作結(jié)溫，MOSFET 工作時(shí)要避免出現(xiàn)超過結(jié)溫規(guī)格值的情況。

TSTG 是指存儲或運(yùn)輸 MOSFET 的溫度范圍，它是存儲的限定溫度值。

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