超详细!如何读懂一份MOSFET的Datasheet?

凡亿PCB 2025-01-07 11:02
作为电子工程师,相信大家都对MOSFET不会陌生。工程师们要选用某个型号的 MOSFET,首先要看的就是规格书-datasheet,拿到 MOSFET 的规格-datasheet 时,我们要怎么去理解那十几页到几十页的内容呢?我们就以英飞凌 IPP60R190C6 datasheet为例详细探讨一下。

1、VDS

Datasheet 上电气参数第一个就是 V(BR)DSS,即 DS 击穿电压,也就是我们关心的 MOSFET 的耐压

图中V(BR)DSS的最小值是600V,是不是表示设计中只要MOSFET上电压不超过600V MOSFET就能工作在安全状态?

相信很多人的答案是“是!”,曾经我也是这么认为的,但这个正确答案是“不是!”

这个参数是有条件的,这个最小值600V是在Tj=25℃的值,也就是只有在Tj=25℃时,MOSFET上电压不超过600V才算是工作在安全状态。

从下图datasheet上V(BR)DSS与Tj的关系中可以清楚地看出,MOSFET V(BR)DSS与温度是正相关的。要是电源用在寒冷的地方,环境温度低到-40℃甚至更低的话,MOSFET V(BR)DSS值<560V,这时候600V就已经超过MOSFET耐压了。 

所以在MOSFET使用中,我们都会保留一定的VDS的电压裕量,其中一点就是为了考虑到低温时MOSFET V(BR)DSS值变小了,另外一点是为了应对各种恶例条件下开关机的VDS电压尖峰。

 

2、ID   

相信大家都知道 MOSFET 最初都是按 xA, xV 的命名方式(比如 20N60~),慢慢的都转变成Rds(on)和电压的命名方式(比如 IPx60R190C6, 190 就是指 Rds(on)~).

其实从电流到 Rds(on)这种命名方式的转变就表明 ID 和 Rds(on)是有着直接联系的,那么它们之间有什么关系呢?

 

在说明 ID 和 Rds(on)的关系之前,先得跟大家聊聊封装结温

1). 封装:影响我们选择 MOSFET 的条件有哪些?

a) 功耗跟散热性能 -->比如:体积大的封装相比体积小的封装能够承受更大的损耗;铁封比塑封的散热性能更好.

b) 对于高压 MOSFET 还得考虑爬电距离 -->高压的 MOSFET 就没有 SO-8 封装的,因为G/D/S 间的爬电距离不够

c) 对于低压 MOSFET 还得考虑寄生参数 -->引脚会带来额外的寄生电感、电阻,寄生电感往往会影响到驱动信号,寄生电阻会影响到 Rds(on)的值

d) 空间/体积 -->对于一些对体积要求严格的电源,贴片 MOSFET 就显得有优势了

 

2). 结温:MOSFET 的最高结温 Tj_max=150℃,超过此温度会损坏 MOSFET,实际使用中建议不要超过 70%~90% Tj_max.

回到正题,MOSFET ID和Rds(on)的关系:

(1) 封装能够承受的损耗和封装的散热性能(热阻)之间的关系

(2) MOSFET通过电流ID产生的损耗

(1), (2)联立,计算得到ID和Rds_on的关系


3、Rds(on)

从下面MOSFET Rds(on)与Tj的图表中可以看到:Tj增加Rds(on)增大,Tj与Rds(on)是正相关,MOSFET的这一特性使得MOSFET易于并联使用。

4、Vgs(th)

相信这个值大家都熟悉,但是Vgs(th)是负温度系数有多少人知道,你知道吗?(下图是IPP075N15N3 datasheet中Vgs与稳定的关系)。相信会有很多人没有注意到Vgs(th)的这一特性,这也是正常的,因为高压MOSFET的datasheet中压根就没有这个图,这一点可能是因为高压MOSFET的Vgs(th)值一般都是2.5V以上,高温时也就到2V左右。但对于低压MOSFET就有点不一样了,很多低压MOSFET的Vgs(th)在常温时就很低,比如BSC010NE2LS的Vgs(th)是1.2V~2V,高温时最低都要接近0.8V了,这样只要在Gate有一个很小的尖峰就可能误触发MOSFET开启从而引起整个电源系统异常。

所以,低压MOSFET使用时一定要留意Vgs(th)的这个负温度系数的特性!

5、Ciss, Coss, Crss

MOSFET 带寄生电容的等效模型

Ciss=Cgd+Cgs, Coss=Cgd+Cds, Crss=Cgd

Ciss, Coss, Crss 的容值都是随着 VDS 电压改变而改变的。


在 LLC 拓扑中,减小死区时间可以提高效率,但过小的死区时间会导致无法实现 ZVS。因此选择在VDS 在低压时 Coss 较小的 MOSFET 可以让 LLC 更加容易实现 ZVS,死区时间也可以适当减小,从而提升效率。


6、 Qg, Qgs, Qgd

从下图中能够看出:

1. Qg并不等于Qgs+Qgd!!

2. Vgs高,Qg大,而Qg大,驱动损耗大

7、SOA

SOA曲线可以分为4个部分:

1). Rds_on的限制,如下图红色线部分

当VDS=1V时,Y轴对应的ID为2A,Rds=VDS/ID=0.5R ==>Tj=150℃时,Rds(on)约为0.5R.当VDS=10V时,Y轴对应的ID为20A,Rds=VDS/ID=0.5R ==>Tj=150℃时,Rds(on)约为0.5R.所以,此部分曲线中,SOA表现为Tj_max时RDS(on)的限制.

2).最大脉冲电流限制,如下图红线部分

此部分为MOSFET的最大脉冲电流限制,此最大电流对应ID_pulse.

3). VBR(DSS)击穿电压限制,如下图红线部分

此部分为MOSFET VBR(DSS)的限制,最大电压不能超过VBR(DSS) ==>所以在雪崩时,SOA图是没有参考意义的。

4). 器件所能够承受的最大的损耗限制

这里以图中红线的那条线(10us)来分析。

上图中,1处电压、电流分别为:88V, 59A,2处电压、电流分别为:600V, 8.5A。

MOSFET要工作在SOA,即要让MOSFET的结温不超过Tj_max(150℃),Tj_max=Tc+PD*ZthJC, ZthJC为瞬态热阻。

SOA图中,D=0,即为single pulse,红线附近的那条线上时间是10us即10^-5s,从瞬态热阻曲线上可以得到ZthJC=2.4*10^-2

从以上得到的参数可以计算出:

1处的Tj约为:25+88*59*2.4*10^-2=149.6℃

2处的Tj约为:25+600*8.5*2.4*10^-2=147.4℃

 

MOSFET datasheet上往往只有Tc=25和80℃时的SOA,但实际应用中不会刚好就是在Tc=25或者80℃,这时候就得想办法把25℃或者80℃时的SOA转换成实际Tc时的曲线。

 

把25℃时的SOA转换成100℃时的曲线:

1). 在25℃的SOA上任意取一点,读出VDS, ID,时间等信息

如上图,1处电压、电流分别为:88V, 59A, tp=10us

计算出对应的功耗:PD=VDS*ID=88*59=5192                    (a)

PD=(Tj_max-Tc)/ZthJC -->此图对应为Tc=25℃                   (b)

(a),(b)联立,可以求得ZthJC=(Tj_max-25)/PD=0.024

 

2). 对于同样的tp的SOA线上,瞬态热阻ZthJC保持不变,Tc=100℃,ZthJC=0.024.

 

3). 上面图中点1处的电压为88V,Tc=100℃时,PD=(Tj_max-100)/ZthJC=2083

从而可以算出此时最大电流为I=PD/VDS=2083/88=23.67A

4). 同样的方法可以算出电压为600V,Tc=100℃时的最大电流

5). 把电压电流的坐标在图上标出来,可以得到10us的SOA线,同样的方法可以得到其他tp对应的SOA(当然这里得到的SOA还需要结合Tc=100℃时的其他限制条件)

这里的重点就是ZthJC,瞬态热阻在同样tp和D的条件下是一样的,再结合功耗,得到不同电压条件下的电流

 

另外一个问题,ZthJC/瞬态热阻计算:

当占空比D不在ZthJC曲线中时:(其中,SthJC(t)是single pulse对应的瞬态热阻)

2.当tp<10us时

8、Avalanche

下图中,EAS:单次雪崩能量,EAR:重复雪崩能量,IAR:重复雪崩电流

雪崩时VDS,ID典型波形与展开后的图像如下,可以发现MOSFET雪崩时,波形上一个显著的特点是VDS电压被钳位,即图中VDS有一个明显的平台

MOSFET雪崩的产生

在MOSFET的结构中,实际上是存在一个寄生三极管的,如上图。在MOSFET的设计中也会采取各种措施去让寄生三极管不起作用,如减小P+Body中的横向电阻RB。正常情况下,流过RB的电流很小,寄生三极管的VBE约等于0,三极管是处在关闭状态。雪崩发生时,如果流过RB的雪崩电流达到一定的大小,VBE大于三极管VBE的开启电压,寄生三极管开通,这样将会引起MOSFET不能正常关断,从而损坏MOSFET。

 

因此,MOSFET的雪崩能力主要体现在以下两个方面:

1. 最大雪崩电流 ==>IAR

2. MOSFET的最大结温Tj_max ==>EAS、EAR 雪崩能量引起发热导致的温升


1)单次雪崩能量计算:

上图是典型的单次雪崩VDS,ID波形,对应的单次雪崩能量为:

 

其中,VBR=1.3BVDSS, L为提供雪崩能量的电感

雪崩能量的典型测试电路如下:

计算出来EAS后,对比datasheet上的EAS值,若在datasheet的范围内,则可认为是安全的(当然前提是雪崩电流


2)重复雪崩能量 EAR:

上图为典型的重复雪崩波形,对应的重复雪崩能量为:

 

其中,VBR=1.3BVDSS.

计算出来EAR后,对比datasheet上的EAR值,若在datasheet的范围内,则可认为是安全的(此处默认重复雪崩电流

 

9、体内二极管参数


VSD,二极管正向压降 ==>这个参数不是关注的重点,trr,二极管反向回复时间 ==>越小越好,Qrr,反向恢复电荷 ==>Qrr大小关系到MOSFET的开关损耗,越小越好,trr越小此值也会小

 

10、不同拓扑 MOSFET 的选择

针对不同的拓扑,对MOSFET的参数有什么不同的要求呢?怎么选择适合的MOSFET?

1). 反激:

反激由于变压器漏感的存在,MOSFET会存在一定的尖峰,因此反激选择MOSFET时,我们要注意耐压值。通常对于全电压的输入,MOSFET耐压(BVDSS)得选600V以上,一般会选择650V。

若是QR反激,为了提高效率,我们会让MOSFET开通时的谷底电压尽量低,这时需要取稍大一些的反射电压,这样MOSFET的耐压值得选更高,通常会选择800V MOSFET。

 

2). PFC、双管正激等硬开关:

a) 对于PFC、双管正激等常见硬开关拓扑,MOSFET没有像反激那么高的VDS尖峰,通常MOSFET耐压可以选500V, 600V。

b) 硬开关拓扑MOSFET存在较大的开关损耗,为了降低开关损耗,我们可以选择开关更快的MOSFET。而Qg的大小直接影响到MOSFET的开关速度,选择较小Qg的MOSFET有利于减小硬开关拓扑的开关损耗

 

3). LLC谐振、移相全桥等软开关拓扑:

LLC、移相全桥等软开关拓扑的软开关是通过谐振,在MOSFET开通前让MOSFET的体二极管提前开通实现的。由于二极管的提前导通,在MOSFET开通时二极管的电流存在一个反向恢复,若反向恢复的时间过长,会导致上下管出现直通,损坏MOSFET。因此在这一类拓扑中,我们需要选择trr,Qrr小,也就是选择带有快恢复特性的体二极管的MOSFET。

 

4). 防反接,Oring MOSFET

这类用法的作用是将MOSFET作为开关,正常工作时管子一直导通,工作中不会出现较高的频率开关,因此管子基本上无开关损耗,损耗主要是导通损耗。选择这类MOS时,我们应该主要考虑Rds(on),而不去关心其他参数。



转载自EDN电子设计技术公众号 13237418207!
稿//广// 13237418207

往期推荐

凡亿教育2025年【46期-高速PCB设计线下培训】开班通知

常见的几种MOS管驱动电路

搞懂元器件,就搞懂了电路的一半

电源电路中的那些辅助器件



凡亿PCB 分享高速PCB设计、硬件设计、信号仿真、天线射频技术,提供技术交流、资料下载、综合提升电子应用开发能力!创立“凡亿教育”,致力做电子工程师的梦工厂,旨在赋能大学生、初中级电子工程师,倾力打造电子设计精品教育,逐步发展成系统
评论 (0)
  • 晶振在使用过程中可能会受到污染,导致性能下降。可是污染物是怎么进入晶振内部的?如何检测晶振内部污染物?我可不可以使用超声波清洗?今天KOAN凯擎小妹将逐一解答。1. 污染物来源a. 制造过程:生产环境不洁净或封装密封不严,可能导致灰尘和杂质进入晶振。b. 使用环境:高湿度、温度变化、化学物质和机械应力可能导致污染物渗入。c. 储存不当:不良的储存环境和不合适的包装材料可能引发化学物质迁移。建议储存湿度维持相对湿度在30%至75%的范围内,有助于避免湿度对晶振的不利影响。避免雨淋或阳光直射。d.
    koan-xtal 2025-04-28 06:11 107浏览
  • 2025年全球人形机器人产业迎来爆发式增长,政策与资本双重推力下,谷歌旗下波士顿动力、比亚迪等跨国企业与本土龙头争相入局,产业基金与风险投资持续加码。仅2025年上半年,中国机器人领域就完成42笔战略融资,累计金额突破45亿元,沪深两市机器人指数年内涨幅达68%,印证了资本市场对智能终端革命的强烈预期。值得关注的是,国家发展改革委联合工信部发布《人形机器人创新发展行动计划》,明确将仿生感知系统、AI决策中枢等十大核心技术纳入"十四五"国家重大专项,并设立500亿元产业引导基金。技术突破方面,本土
    电子资讯报 2025-04-27 17:08 244浏览
  • 一、智能家居的痛点与创新机遇随着城市化进程加速,现代家庭正面临两大核心挑战:情感陪伴缺失:超60%的双职工家庭存在“亲子陪伴真空期”,儿童独自居家场景增加;操作复杂度攀升:智能设备功能迭代导致用户学习成本陡增,超40%用户因操作困难放弃高阶功能。而WTR096-16S录音语音芯片方案,通过“语音交互+智能录音”双核驱动,不仅解决设备易用性问题,更构建起家庭成员间的全天候情感纽带。二、WTR096-16S方案的核心技术突破1. 高保真语音交互系统动态情绪语音库:支持8种语气模板(温柔提醒/紧急告警
    广州唯创电子 2025-04-28 09:24 146浏览
  • 在CAN总线分析软件领域,当CANoe不再是唯一选择时,虹科PCAN-Explorer 6软件成为了一个有竞争力的解决方案。在现代工业控制和汽车领域,CAN总线分析软件的重要性不言而喻。随着技术的进步和市场需求的多样化,单一的解决方案已无法满足所有用户的需求。正是在这样的背景下,虹科PCAN-Explorer 6软件以其独特的模块化设计和灵活的功能扩展,为CAN总线分析领域带来了新的选择和可能性。本文将深入探讨虹科PCAN-Explorer 6软件如何以其创新的模块化插件策略,提供定制化的功能选
    虹科汽车智能互联 2025-04-28 16:00 101浏览
  •     今天,纯电动汽车大跃进牵引着对汽车电气低压的需求,新需求是48V。车要更轻,料要堆满。车身电子系统(电子座舱)从分布改成集中(域控),电气上就是要把“比12V系统更多的能量,送到比12V系统数量更少的ECU去”,所以,电源必须提高电压,缩小线径。另一方面,用比传统12V,24V更高的电压,有利于让电感类元件(螺线管,电机)用更细的铜线,缩小体积去替代传统机械,扩大整车电气化的边界。在电缆、认证行业60V标准之下,48V是一个合理的电压。有关汽车电气低压,另见协议标准第
    电子知识打边炉 2025-04-27 16:24 236浏览
  •  探针台的维护直接影响其测试精度与使用寿命,需结合日常清洁、环境控制、定期校准等多维度操作,具体方法如下:一、日常清洁与保养1.‌表面清洁‌l 使用无尘布或软布擦拭探针台表面,避免残留清洁剂或硬物划伤精密部件。l 探针头清洁需用非腐蚀性溶剂(如异丙醇)擦拭,检查是否弯曲或损坏。2.‌光部件维护‌l 镜头、观察窗等光学部件用镜头纸蘸取wu水jiu精从中心向外轻擦,操作时远离火源并保持通风。3.‌内部防尘‌l 使用后及时吹扫灰尘,防止污染物进入机械滑
    锦正茂科技 2025-04-28 11:45 78浏览
  • 4月22日下午,备受瞩目的飞凌嵌入式「2025嵌入式及边缘AI技术论坛」在深圳深铁皇冠假日酒店盛大举行,此次活动邀请到了200余位嵌入式技术领域的技术专家、企业代表和工程师用户,共享嵌入式及边缘AI技术的盛宴!1、精彩纷呈的展区产品及方案展区是本场活动的第一场重头戏,从硬件产品到软件系统,从企业级应用到高校教学应用,都吸引了现场来宾的驻足观看和交流讨论。全产品矩阵展区展示了飞凌嵌入式丰富的产品线,从嵌入式板卡到工控机,从进口芯片平台到全国产平台,无不体现出飞凌嵌入式在嵌入式主控设备研发设计方面的
    飞凌嵌入式 2025-04-28 14:43 103浏览
  • 贞光科技代理品牌紫光国芯的车规级LPDDR4内存正成为智能驾驶舱的核心选择。在汽车电子国产化浪潮中,其产品以宽温域稳定工作能力、优异电磁兼容性和超长使用寿命赢得市场认可。紫光国芯不仅确保供应链安全可控,还提供专业本地技术支持。面向未来,紫光国芯正研发LPDDR5车规级产品,将以更高带宽、更低功耗支持汽车智能化发展。随着智能网联汽车的迅猛发展,智能驾驶舱作为人机交互的核心载体,对处理器和存储器的性能与可靠性提出了更高要求。在汽车电子国产化浪潮中,贞光科技代理品牌紫光国芯的车规级LPDDR4内存凭借
    贞光科技 2025-04-28 16:52 111浏览
  • 在电子电路设计和调试中,晶振为电路提供稳定的时钟信号。我们可能会遇到晶振有电压,但不起振,从而导致整个电路无法正常工作的情况。今天凯擎小妹聊一下可能的原因和解决方案。1. 误区解析在硬件调试中,许多工程师在测量晶振时发现两端都有电压,例如1.6V,但没有明显的压差,第一反应可能是怀疑短路。晶振电路本质上是一个交流振荡电路。当晶振未起振时,两端会静止在一个中间电位,通常接近电源电压的一半。万用表测得的是稳定的直流电压,因此没有压差。这种情况一般是:晶振没起振,并不是短路。2. 如何判断真
    koan-xtal 2025-04-28 05:09 128浏览
  • 随着电子元器件的快速发展,导致各种常见的贴片电阻元器件也越来越小,给我们分辨也就变得越来越难,下面就由smt贴片加工厂_安徽英特丽就来告诉大家如何分辨的SMT贴片元器件。先来看看贴片电感和贴片电容的区分:(1)看颜色(黑色)——一般黑色都是贴片电感。贴片电容只有勇于精密设备中的贴片钽电容才是黑色的,其他普通贴片电容基本都不是黑色的。(2)看型号标码——贴片电感以L开头,贴片电容以C开头。从外形是圆形初步判断应为电感,测量两端电阻为零点几欧,则为电感。(3)检测——贴片电感一般阻值小,更没有“充放
    贴片加工小安 2025-04-29 14:59 76浏览
  •  集成电路封装测试是确保芯片性能与可靠性的核心环节,主要包括‌晶圆级测试(CP测试)‌和‌封装后测试(FT测试)‌两大阶段,流程如下:一、晶圆级测试(CP测试)1.‌测试目的‌:在晶圆切割前筛选出功能缺陷或性能不达标的晶粒(Die),避免后续封装环节的资源浪费,显著降低制造成本。2.‌核心设备与操作‌l ‌探针台(Prober)‌:通过高精度移动平台将探针与晶粒的Pad jing准接触,实现电气连接。l ‌ATE测试机‌:提供测试电源、信号输入及功能向量,接收晶粒反
    锦正茂科技 2025-04-27 13:37 194浏览
  • 探针台作为高精度测试设备,在光电行业的关键器件研发、性能测试及量产质量控制中发挥核心作用,主要涵盖以下应用场景与技术特性:一、光电元件性能测试1.‌光电器件基础参数测量‌l 用于LED、光电探测器、激光器等元件的电流-电压(I-V)特性、光功率、响应速度等参数测试,支撑光通信、显示技术的器件选型与性能优化。l 支持高频信号测试(如40GHz以上射频参数),满足高速光调制器、光子集成电路(PIC)的带宽与信号完整性验证需求。2.‌光响应特性分析‌l 通过电光转换效率测
    锦正茂科技 2025-04-27 13:19 122浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦