理解功率 MOSFET 的电流

脉冲漏极电流

脉冲漏极电流在功率MOSFET的数据表中表示为IDM，对于这个电流值，许多工程师不明白它是如何定义的。

通常，功率MOSFET也可以工作在饱和区，即放大区恒流状态。如果功率MOSFET稳态工作在可变电阻区，此时，对应的VGS的放大恒流状态的漏极电流远远大于系统的最大电流，因此在导通过程中，功率MOSFET要经过Miller平台区，此时Miller平台区的VGS的电压对应着系统的最大电流。然后Miller电容的电荷全部清除后，VGS的电压才慢慢增加，进入到可变电阻区，最后，VGS稳定在最大的栅极驱动电压，Miller平台区的电压和系统最大电流的关系必须满足功率MOSFET的转移工作特性或输出特性。

也就是，对于某一个值的VGS1，在转移工作特性或输出特性的电流为IDM1，器件不可能流过大于IDM1的电流，转移工作特性或输出特性限制着功率MOSFET的最大电流值。

这也表明，数据表中功率MOSFET脉冲漏极电流额定值IDM对应着器件允许的最大的VGS，在此条件下，器件工作在饱和区，即放大区恒流状态时，器件能够通过的最大漏极电流，同样，最大的VGS和IDM也要满足功率MOSFET的转移工作特性或输出特性。

另外，最大的脉冲漏极电流IDM还要满足最大结温的限制，IDM工作在连续的状态下，功率MOSFET的结温可能会超出范围。在脉冲的状态下，瞬态的热阻小于稳态热阻，可以满足最大结温的限制。

因此IDM要满足两个条件：(1) 在一定的脉冲宽度下，基于功率MOSFET的转移工作特性或输出特性的真正的单脉冲最大电流测量值；(2)在一定的脉冲宽度下，基于瞬态的热阻和最大结温的计算值。数据表通常取二者中较小的一个。

功率MOSFET的数据表后面通常列出了瞬态的热阻的等效图。

因为VGS限定的漏极的电流，单纯的考虑IDM对于实际应用没有太多的参考价值，因为实际的应用中，栅极的驱动电压通常小于最大的额定电压。同样的，在实际的栅极驱动电压下，单纯的考虑电流也没有意义，而是考虑最大漏极电流的持续时间。

IDM和实际的应用最相关的状态就是系统发生短路，因此，在系统控制器的栅驱动电压下，测试短路时最大漏极电流的持续时间。通常在设计过程中，使系统短路保护时间小于1/3～1/2的上述的持续时间，这样才能使系统可靠。

事实上，对于大电流，在导通状态下或关断的过程，由于芯片内部的不平衡或其他一些至今还没有理论可以解释的原因，即使芯片没有超过结温，也会产生损坏。

因此，在实际的应用中，要尽量的使短路保护的时间短，以减小系统短路最大冲击电流的冲击。具体方法就是减小短路保护回路的延时，中断响应的时间等。

在不同的栅级电压下测量短路电流，测试波形如图2所示，采用的功率MOSFET为AOT266。图2(a)：VGS电压为13V，短路电流达1000A，MOSFET在经过47μs后电流失控而损坏；图2(b)：VGS电压为8V，短路电流仅为500A，MOSFET在经过68μs后电流失控而损坏。电流测试使用了20:1的电流互感器，因此电流为200A/格。


图2 AOT266短路测试波形

可以的看到，VGS =13V，最大电流为1000A，持续的时间为47μs；VGS =8V，最大电流为500A，持续的时间为68μs。

雪崩电流

雪崩电流在功率MOSFET的数据表中表示为IAV，雪崩能量代表功率MOSFET抗过压冲击的能力。在测试过程中，选取一定的电感值，然后将电流增大，也就是功率MOSFET开通的时间增加，然后关断，直到功率MOSFET损坏，对应的最大电流值就是最大的雪崩电流。

在数据表中，标称的IAV通常要将前面的测试值做70%或80%降额处理，因此它是一个可以保证的参数。一些功率MOSFET供应商会对这个参数在生产线上做100%全部检测，因为有降额，因此不会损坏器件。

注意：测量雪崩能量时，功率MOSFET工作在UIS非钳位开关状态下，因此功率MOSFET不是工作在放大区，而是工作在可变电阻区和截止区。因此最大的雪崩电流IAV通常小于最大的连续的漏极电流值ID。

采用的电感值越大，雪崩电流值越小，但雪崩能量越大，生产线上需要测试时间越长，生产率越低。电感值太小，雪崩能量越小。目前低压的功率MOSFET通常取0.1mH，此时，雪崩电流相对于最大的连续的漏极电流值ID有明显的改变，而且测试时间比较合适范围。