功率器件場(chǎng)效應(yīng)管MOS參數(shù)介紹以及選用原則

MOSFET是Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor的首字母縮寫,中文叫場(chǎng)效應(yīng)管，它在電子工業(yè)高頻、高效率開關(guān)應(yīng)用中是一種重要的元件，而 MOSFET是在二十世紀(jì)80年代開始被大量運(yùn)用的。

主要參數(shù)：

VDSS: D極-S極所能承受電壓值，主要受制寄生逆向二極管的耐壓，與溫度成正比。

VGSS: G極-S極所能承受電壓值。

ID: 元件所能提供最大連續(xù)電流，會(huì)隨溫度的升高而降低。

IDM: 元件所能承受瞬間最大電流，會(huì)隨溫度升高而降低,體現(xiàn)一個(gè)抗沖擊能力。

PD: 元件上所能承受功率，計(jì)算公式PD(Max)=(TJ-TC)/R?JC。

BVDSS: 最小值等于VDSS。

VGS(th): MOSFET導(dǎo)通的門檻電壓，數(shù)值愈高，代表耐雜訊能力愈強(qiáng),但是如此要使元件完全導(dǎo)通，所需要的電壓也會(huì)增大，與溫度成反比。

IGSS: 在柵極周圍所介入的氧化膜的泄極電流，愈小愈好。當(dāng)所加入的電壓，超過氧化膜的耐壓能力時(shí)，會(huì)使元件遭受破壞。

IDSS: 漏電流，通常很小，但是有的為了確保耐壓，在晶片周圍的設(shè)計(jì)多少會(huì)有泄漏電流成份存在，此最大可能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值10倍以上，與溫度成正比。

RDS(ON): 導(dǎo)通電阻值，低壓MOSFET導(dǎo)通電阻是由不同區(qū)域的電阻所組成的。為了降低導(dǎo)通電阻值,MOSFET晶片技術(shù)上朝高集成度邁進(jìn),在制程演進(jìn)上,Trench DMOS以其較高的集成密度,逐漸取代Planar DMOS成為MOSFET制程技術(shù)主流,未來全面演變成SGT為技術(shù)主流，與溫度成正比。

VSD: MOS寄生逆向二極管的正向電壓降。

Qg: G極總充電量。

Qgs: G極-S極充電電量。

Qgd: G極-D極充電電量。

Ciss: 在截止?fàn)顟B(tài)下的柵極輸入電容：Ciss=Cgs+Cgd

Coss: D極-S極的電容量，也是寄生二極管逆向偏壓時(shí)的電容量。

Crss: D極-G極的電容量，此對(duì)于高頻切換動(dòng)作最有不良影響,Cgd愈小愈好.

td(on): 導(dǎo)通延遲時(shí)間,從有輸入電壓上升到10%開始到VDS下降到其幅值90%的時(shí)間.

tr: 上升時(shí)間,輸入電壓VDS從90%下降到其幅值10%的時(shí)間.

td(off): 關(guān)斷時(shí)間.輸入電壓下降到90%開始到VDS上升到其關(guān)斷電壓10%時(shí)的時(shí)間。

tf: 下降時(shí)間.輸入電壓VDS從10%上升到其幅值90%的時(shí)間。

ISD: 最大值等于ID。

ISM: 最大值等于IDM.

EAS: 單次脈沖雪崩擊穿能量;計(jì)算公式=1/2LI2{V(BR)DSS/(V(BR)DSS-VDD)}

選用原則：

實(shí)際選用時(shí)應(yīng)考慮最壞的條件.如溝道溫度TCH從50OC提高到100OC時(shí),推算故障率將提高20倍.實(shí)際溝道溫度不應(yīng)超過125OC.

1) 選擇時(shí),如果工作電流較大,則在相同器件額定參數(shù)下盡可能選用正向?qū)娮?RDSON)小和結(jié)電容(CISS)小的MOSFET。

2) 器件的額定電壓值/電流值應(yīng)高于實(shí)際最大電壓值/電流值20%;功耗值應(yīng)高于實(shí)際最大功耗的50%。

應(yīng)用實(shí)例：

1) DC-DC直流變換電路低壓MOS選擇

設(shè)計(jì)參數(shù):

Vds max=50V

Ipk=3A

fsw=130KHz

Don max=0.5

Vdr=7V

T?=75OC

MOSFET漏-源極最大電壓Vds應(yīng)該滿足:Vds>Vds max>(Vi max+Vf)*1.2

MOSFET漏極連續(xù)最大電流Id應(yīng)滿足:Id>Ipk*1.2

可選用MOSFET 100V 15A Rds:100mR TO-252,柵極電阻Rdr=100mR,其參數(shù)為:

Vds=100V; Id=15A; Vgs th=3V; Rds on=0.1R; Ciss=890pF; Qg=13nC; Qgs=4.6nC; Rthja=110OC/W; Tj max=150OC.

驗(yàn)證:Pon=Rds on*Don max*I2pk/3=0.15W;

Psw=Qgs*Rdr*Vds max*Ipk*fsw/(Vdr-Vgs th)=2.24W;

Poff=Ciss*Vds max2*fsw/2=1.44W;

Pgate=Qg*Vdr*fsw=0.12W;

Pmax=(Tj max-T?)/Rthja=0.68W;

總功率Ptotal max=Pon+Psw+Poff+Pgate=3.95W > Pmax=0.68W

需要加裝足夠大的散熱器使用,如果受PCB空間影響散熱器偏小導(dǎo)致MOS溫度偏高，也可以選用Rds更小的MOS，加大MOS規(guī)格來匹配達(dá)到最優(yōu)化的散熱設(shè)計(jì)。

2) AC-DC反激式開關(guān)電源高壓MOS選擇

設(shè)計(jì)參數(shù)

Ui=85-265Vac;47-63Hz

Uo=12Vdc

Io=1.25A

Po=15W

η>80%

Rip<100mV

Tem=0-40OC

MOSFET參數(shù)計(jì)算:Vds= Vin damax+VF(變壓器反射電壓)+VL(漏感)

= Vin acmax√2+Vs*(Np/Ns)+VL=529V;

Id=Ip max=2pin/Dmax*Vin acmin√2=0.694A

根據(jù)計(jì)算和高于實(shí)際值20%的選用原則,可選用Id>0.83A,Vds>635V的MOS。但考慮到功率損耗(實(shí)例1)DC-DC變換計(jì)算同樣適用,可以選用Rds on更小的4N65F TO-220F。

3) 電源次極同步整流電路MOS選擇

同步整流管也是工作在開關(guān)狀態(tài)(其開關(guān)頻率與開關(guān)管相同)，但因同步整流管工作于零電壓(VGS≈0V)狀態(tài)，其開關(guān)損耗可忽略不計(jì)。

設(shè)計(jì)參數(shù)

Vi=7-24Vdc

Vo=1.25V

Io max=15A

Fsw=300K

Vic=5V

根據(jù)Id>Io max,Vds>Vi max的MOSFET選用原則,可選用30V 25A Rds:20mR TO-220，.查選型參數(shù):

Vds=30V; Rds on=0.02R@4.5V; Id=25A@100OC;Tj max=150OC; Rthja=45OC/W

Pdr=(1-Vo/Vi max)*Io max2*Rds on=4.27W > Pmax=(Tj max-T?)/Rthja=1.67W

需要加裝足夠大的散熱器使用,如果受PCB空間影響散熱器偏小導(dǎo)致MOS溫度偏高，也可以選用Rds更小的MOS，加大MOS規(guī)格來匹配達(dá)到最優(yōu)化的散熱設(shè)計(jì)。

功率器件場(chǎng)效應(yīng)管MOS參數(shù)介紹和選用原則

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