MOSFET 设计选型指导

1、MOSFET设计选型指导1、目的:2、适用范围:3、背景说明:31制作MOSFET指导书的必要性:3.2 MOSFET的内部结构图及封装图:3.3瑞谷MOSFET类别（简介范围）:4、MOSFET知识介绍4.1 MOSFET工作原理图4.2 MOSFET类型和主要特性54.3主要参数介绍及定义54.3.1最大额定参数54.3.2静态电特性104.3.3动态电特性115、运放案例分析:126、器件设计选型注意事项141、目的:提升技术人员对MOSFET器件的了解水准，并通过后续不断升级和完善，可形成具有实际指导性的文件;避免电路设计不匹配，器件选型、器件替代错乱;2、适用范围本指导书适用于对MOSFET知识学习，设计选型号及替代。3、背景说明:3.1制作MOSFET指导书的必要性:在2010年MOSFET出现了两个品牌失效: 客户端IPS品牌失效：2010年，AP54在客户端失效MOSFET超过40PCS，该器件为IPS品牌型号FTA06N65，规格650V 6.5A；生产线AOS品牌失效：2010年九月份，AP54产品在手动OVP测试时，一天时间失效了 10PCS MOSFET，品牌：

2、AOS，型号：AOTF7N65，规格：650V 7A；除了 OVP 工位外，其他测试工位也有零星失效;针对出现的这些问题，我们不仅要立即处理失效品保证正常生产出货，更重要的是怎样做到预防和避免。因此，制定MOSFET设计选型指导书很有必要;3.2 MOSFET的内部结构图及封装图：（举例）封装结构图O DTO-220TO-220FSGO S3.3目前瑞谷MOSFET类别（简单介绍）:TO-220： 40V/202A-800V/11A SO-8 : 12V/25A -200V/ 4A DPAK : 30V/90A800V/ 3AD2PAK： 30V/90A-500V/12ATO-3P : 200V/42A900V/11A4、MOSFET知识介绍4.1 MOSFET工作原理图:0IsN+VgsG卩衬底0DSNeeeeee卩衬底G+ + J图1 MOSFET （N沟增强型）结构DN+卩衬底Clo图2 Vgs=0栅极G无感应电荷图3 Vgs0产生电场图4 Vgs增大，形成耗尽层图6 Vgs= Vt衬底电子形成反型层, 反型层即导电沟道e负离子电了图 7 VgsVT Vds0 产生 Id图8 V

3、ds不变，Vgs增加Id增加Vgs不变，Vds增加Id增加图9 Vds大于夹断电压Id饱和, 电流不再随Vds增加而增加4.2 MOSFET类型和主要特性N-MOSET:增强型一0耗尽型-0P-MOSET:增强型-0耗尽型-04.3主要参数介绍及定义4.3.1最大额定参数最大额定参数，所有数值取得条件(Ta=25C)项日符号輙定值单位帛毂/负根电压Vdss60V上翔朝/再撅电压VGSS20V上滴扱电磯b85A 脉冲藕殽电遼bruise)曲340A v辰向诉載电建dr05A v零崩电瓷60A宙崩能虽30&mJ -容许询道损耗Pch觀110W v容许沟道温彦Tch150DC热阻1 14C/W 弋2SK34-?B的侵子(T 自【注】1 一在PWOm$、duty1 %时的容许值2. $Tch = 25nC的容许值 Rg5O!3. 在Tc25nC时的容许值电琨有招互芙系/亜动器件的电压越低此值趣眩 洞摄电建g的理论公戎是Tchmax - Tc咕=ry RDS(onJfTlSX K ft K Och - Clj(pLllSfi)使用瞬态热阻一I但是:25C RDS(on； JS-D间内三二朝笹的额

4、定电濫|Z _ 一 I I 2 灯ER)DS 朋-2AP V(brjdss - VnssFMi的温度降載是Pch(T)t = Pch(25nC K T站喰一 “ Tchmsx-25Tchmax - TcOch-c -Pchi取决于封装和芯片的尺寸)團1功率MOS FET的绝对最大额定佰VDSs最大漏-源电压在栅源短接，漏-源额定电压(VDSS)是指漏-源未发生雪崩击穿前所能施加的最 大电压。根据温度的不同，实际雪崩击穿电压可能低于额定VDSS。关于V(BR)DSS的详 细描述请参见静电学特性。VGS最大栅源电压VGS额定电压是栅源两极间可以施加的最大电压。设定该额定电压的主要目的是防 止电压过高导致的栅氧化层损伤。实际栅氧化层可承受的电压远高于额定电压，但是 会随制造工艺的不同而改变，因此保持VGS在额定电压以内可以保证应用的可靠性。ID -连续漏电流ID定义为芯片在最大额定结温TJ(max)下，管表面温度在25C或者更高温度下,可允许的最大连续直流电流。该参数为结与管売之间额定热阻Re JC和管売温度的函数:2YD ：DSon_Tjinax_ Tjmax _ 7 C Derated

5、= 云Keic;Derated =ksja= Derated!D =Tjmax - TCReJC J-DSon_TjmaxtD =Tjtnax - TAReJA RDSon_TjmaxID中并不包含开关损耗，并且实际使用时保持管表面温度在25C(Tcase)也很 难。因此，硬开关应用中实际开关电流通常小于ID额定值( TC = 25C )的一半, 通常在1/31/4。补充，如果采用热阻Re JA的话可以估算出特定温度下的ID，这个值 更有现实意义。【DM -脉冲漏极电流该参数反映了器件可以处理的脉冲电流的高低，脉冲电流要远高于连续的直流电 流。定义IDM的目的在于：对于一定的栅-源电压，MOSFET导通后，存在最大的漏极电 流。如图所示，对于给定的一个栅-源电压，如果工作点位于线性区域内，漏极电流的 增大会提高漏-源电压，由此增大导通损耗。长时间工作在大功率之下，将导致器件失效。因此，在典型栅极驱动电压下，需要将额定IDM设定在区域之下。区域的分界点在 Vgs和曲线相交点。因此需要设定电流密度上限，防止芯片温度过高而烧毁。这本质上是为了防止过 高电流流经封装引线，因为在某些情况下，整个

6、芯片上最“薄弱的连接”不是芯片， 而是封装引线。考虑到热效应对于IDM的限制，温度的升高依赖于脉冲宽度，脉冲时间间隔，散热 状况，RDS(on)以及脉冲电流的波形和幅度。单纯满足脉冲电流不超出IDM上限并不能保 证结温不超过最大允许值。可以参考热性能与机械性能中关于瞬时热阻的讨论，来估 计脉冲电流下结温的情况。PD -容许沟道总功耗容许沟道总功耗标定了器件可以消散的最大功耗，可以表示为最大结温和管売温 度为25C时热阻的函数。; _ 25 de-Derated -7；Derated17ch= eratedTj, Tstg-工作温度和存储环境温度的范围这两个参数标定了器件工作和存储环境所允许的结温区间。设定这样的温度范围 是为了满足器件最短工作寿命的要求。如果确保器件工作在这个温度区间内，将极大 地延长其工作寿命。EAS-单脉冲雪崩击穿能量如果电压过冲值(通常由于漏电流和杂散电感造成)未超过击穿电压，则器件不会 发生雪崩击穿，因此也就不需要消散雪崩击穿的能力。雪崩击穿能量标定了器件可以 容忍的瞬时过冲电压的安全值，其依赖于雪崩击穿需要消散的能量。定义额定雪崩击穿能量的器件通常也会定义额定

7、Eas。额定雪崩击穿能量与额定UIS 具有相似的意义。EAS标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。L是电感值, ID为电感上流过的电流峰值，其会突然转换为测量器件的漏极电流。电感上产生的电 压超过MOSFET击穿电压后，将导致雪崩击穿。雪崩击穿发生时，即使MOSFET处于关 断状态，电感上的电流同样会流过MOSFET器件。电感上所储存的能量与杂散电感上存 储，由MOSFET消散的能量类似。MOSFET并联后，不同器件之间的击穿电压很难完全相同。通常情况是：某个器件 率先发生雪崩击穿，随后所有的雪崩击穿电流（能量）都从该器件流过。EAr -重复雪崩能量重复雪崩能量已经成为“工业标准”，但是在没有设定频率，其它损耗以及冷却 量的情况下，该参数没有任何意义。散热（冷却）状况经常制约着重复雪崩能量。对于 雪崩击穿所产生的能量高低也很难预测。额定Ear的真实意义在于标定了器件所能承受的反复雪崩击穿能量。该定义的前提 条件是：不对频率做任何限制，从而器件不会过热，这对于任何可能发生雪崩击穿的 器件都是现实的。在验证器件设计的过程中，最好可以测量处于工作状态的器件或者 高温工作下的温度，来观

8、察MOSFET器件是否存在过热情况，特别是对于可能发生雪崩 击穿的器件。IAR -雪崩击穿电流对于某些器件，雪崩击穿过程中芯片上电流集边的倾向要求对雪崩电流IAR进行限 制。这样，雪崩电流变成雪崩击穿能量规格的“精细阐述”；其揭示了器件真正的能 力。118雪崩轼坏耐吊刘定甩路和波形432静态电特性符号测龙条件单位MinTypMax需设计上的注盍点酸坏电圧选日F?DSS60一一lD=10mA.VGS=0V和逍态电理相关.漏扱截止电流hss一一10VOS=60V.VG3=0PA赳虏依存性犬但呈损耗小”栅顿戴止电流fGSS一=3.1Vgs=20V. Vds=02一内葢保护二枫管的产品为几十nA 几 妙.规胳值为曰叩A-栅锁/源极 截止电圧VGSoff)1.0一2 5Vns=WV. iD=imAVo彫的开关运行吋的噪声和开关时间 tr、tf=通悉电組1RDS(on14.35 5Jn=45A,VGS=10VmQ决世進态损耗最笙要的参数. 注育：遞着温卷的上升而上升渡扱/源极 通态电阻2RDSfon26.09.0lD=45A.Vgs=4VmQ【注】：具荷正的超蹬系数；O：具有负的禺瞳系数.v(bR)dss：漏-源击穿电压(破坏电压)V(BR)dss (有时候叫做BVdss)是指在特定的温度和栅源短接情况下，流过漏极电流 达到一个特定值时的漏源电压。这种情况下的漏源电压为雪崩击穿电压。V(BR)dss是正温度系数，温度低时V(BR)Dss小于25C时的漏源电压的最大额定值。 在-50C, V(BR)Dss大约

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