功率MOSFET数据表深入分析

本文不准备写成一篇介绍功率MOSFET的技术大全,只是让读者去了解如何正确的理解功率MOSFET数据表中的常用主要参数,以帮助设计者更好的使用功率MOSFET进行设计。

数据表中的参数分为两类:即最大额定值和电气特性值。对于前者,在任何情况下都不能超过，否则器件将永久损害;对于后者,一般以最小值、最大值、和典型值的形式给出，它们的值与测试方法和应用条件密切相关。在实际应用中，若超出电气特性值，器件本身并不一定损坏，但如果设计裕度不足，可能导致电路工作失常。

在功率MOSFET的数据表给出的参数中, 通常最为关心的基本参数为、、Qgs、和Vgs。更为高级一些的参数,如ID、Rthjc、SOA、Transfer Curve、EAS等，将在本文的下篇中再做介绍。

　　为了使每个参数的说明更具备直观性和易于理解，选用了英飞凌公司的功率MOSFET，型号为IPD90N06S4-04。本文中所有的表格和图表也是从IPD90N06S4-04中摘录出来的。下面就对这些参数做逐一的介绍。

: 通态电阻。是和温度和Vgs相关的参数，是MOSFET重要的参数之一。在数据表中，给出了在室温下的典型值和最大值，并给出了得到这个值的测试条件，详见下表。

除了表格以外，数据表中还给出了通态电阻随着结温变化的数据图。从图中可以看出，结温越高，通态电阻越高。正是由于这个特性，当单个功率MOSFET的电流容量不够时，可以采用多个同类型的功率MOSFET并联来进行扩流。

如果需要计算在指定温度下的，可以采用以下的计算公式。

上式中 为与工艺技术有关的常数，对于英飞凌的此类功率MOSFET，可以采用0.4作为常数值。如果需要快速的估算，可以粗略认为：在最高结温下的 通态电阻是室温下通态电阻的2倍。下表的曲线给出了随环境温度变化的关系。

:定义了MOSFET的源级和漏级的最大能购承受的直流电压。在数据表中,此参数都会在数据表的首页给出。注意给出的值是在室温下的值。

此外，数据表中还会给出在全温范围内(-55 C…+175 C) 随着温度变化的曲线。

从上表中可以看出，是随着温度变化的，所以在设计中要注意在极限温度下的 仍然能够满足系统电源对 的要求。

Qgs：数据表中给出了为了使功率MOSFET导通时在给定了的Vds电压下，当Qgs变化时的栅级电荷变化的曲线。从图表中可以看出，为了使MOSFET完全导通，Qgs的典型值约等于10V，由于器件完全导通，可以减少器件的静态损耗。

Vgs:描述了在指定了漏级电流下需要的栅源电压。数据表中给出的是在室温下，当Vds= Vgs时，漏极电流在微安等级时的Vgs电压。数据表中给出了最小值、典型值和最大值。

需要注意的是，在同样的漏极电流下，Vgs电压会随着结温的升高而减小。在高结温的情况下，漏极电流已经接近达到了Idss (漏极电流)。为此，数据表中还会给出一条比常温下指定电流大10倍的漏极电流曲线作为设计参考。如下图所示。

以上介绍了在功率MOSFET数据表中最为设计者关心的基本参数、、Qgs、和Vgs。

为了更深入的理解功率MOSFET的其它一些参数，本文仍然选用英飞凌公司的功率MOSFET为例，型号为IPD90N06S4-04(http://www.infineon.com/optimos-T)。为了使每个参数的说明更具备直观性和易于理解，所有的表格和图表也是从IPD90N06S4-04中摘录出来的。下面就对这些参数做逐一的介绍。

如果需要更好的理解功率MOSFET，则需要了解更多的一些参数，这些参数对于设计都是十分必要和有用的。这些参数是ID、Rthjc、SOA、Transfer Curve、和EAS。

ID:定义了在室温下漏级可以长期工作的电流。需要注意的是，这个ID电流的是在Vgs在给定电压下，TC=25℃下的ID电流值。

ID的大小可以由以下的公式计算：

以IPD90N06S4-04为例，计算出的结果等于169A。为何在数据表上只标注90A呢？这是因为最大的电流受限于封装脚位与焊线直径，在数据表的注释1）中可以看到详细的解释。如下表所示：

此外，数据表中还给出了ID和结温之间的曲线关系。从下表中可以看出，当环境温度升高时, ID会随着温度而变化。在最差的情况下,需要考虑在最大环境温度下的ID的电流仍然满足电路设计的正常电流的要求。

Rthjc：温阻是对设计者需要非常关注的设计参数，特别是当需要计算功率MOSFET在单脉冲和不同占空比时的功率损耗时，就需要查看这个数据表来进行设计估算。笔者将在如何用数据表来进行设计估算中来具体解释。

SOA：功率MOSFET的过载能力较低，为了保证器件安全工作，具有较高的稳定性和较长的寿命，对器件承受的电流、电压、和功率有一定的限制。把这种限制用Uds-Id坐标平面表示，便构成功率MOSFET的安全工作区 （Safe OperaTIng Area