我們這里當(dāng)然不是說規(guī)格書在挖坑,規(guī)格書的數(shù)據(jù)都是用儀器一個個測出來的,是剛正不阿的存在!
規(guī)格書的數(shù)據(jù)測試是遵循特定的標準的,之所以遵循這些標準來測試,是因為作為一個規(guī)格書,必須規(guī)定一個測試標準,讓不同的人在不同的時候測出的數(shù)據(jù)是一樣的。而電源的設(shè)計對MOS的要求是五花八門的,所以,在參看MOSFET規(guī)格書的時候,要“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”,才能找到適合你產(chǎn)品需求的MOSFET。 那就讓我們一起來看看這些主要的參數(shù)吧。
BVDSS
這個參數(shù)太明顯了,明顯到你不想看它都能跳進你的眼里,因為它無論在電流命名的規(guī)則還是Ron命名的規(guī)則里都會出現(xiàn)在型號里。但是你知道它的測試條件嗎?首先看看艾睿代理的幾家MOSFET正規(guī)大廠家的規(guī)格書:
ST
onsemi
看到了,BV值是在VGS=0的情況下,漏極流過250uA(或者其它比如1mA),MOSFET不發(fā)生雪崩的情況下測得的值。緊接著,在很多廠家的規(guī)格書可以看到這一項: ? 或者是后面看到這樣的曲線:(下圖曲線的BV是歸一化后的,即相對于25°C結(jié)溫的倍數(shù)) ? 這說明,BV值是隨著結(jié)溫的升高而增加的,通常電路系統(tǒng)正常工作的時候,結(jié)溫肯定是大于25°C的,很多都在100°以上。所以實際BV值可能在標稱BV的1.1倍左右。 ?
ID
關(guān)于這個參數(shù),我很想保持沉默,因為我覺得,規(guī)格書上的這個標稱參數(shù),對于實際應(yīng)用來說,幾乎沒有什么參考意義。
可能有的剛?cè)胄械男』锇樵谶x型的時候,會計算電路系統(tǒng)工作中的最大電流,然后做一定的降額,得到一個電流的ID值作為選型的參考。其實這個思路是不科學(xué)的。 首先,我們看看大廠商的規(guī)格書,關(guān)于ID的項目: ? 看到標紅圈圈的地方了嗎? ? 1.?Tj=25°C,除非無特殊說明。如果這項測試需要MOS工作起來,那么Tj=25°C如何保證,并且隨著測試時間的延長,Tj會越來越高。實際電路系統(tǒng)中Tj也不可能是25°C。 2.?Tc=25°C,器件case溫度為25°C。實際的系統(tǒng)應(yīng)用中,電路腔體內(nèi)的溫度都不太可能是25°C,更何況器件CASE。 3. Limited by?Tjmax?這句話,通常用小一號字體在table的下面低調(diào)的標出。看到?jīng)],真正有用的一句話,在角落里。 ? 所以,關(guān)于規(guī)格書中的標稱電流ID,看看就好了,別太認真。 ?
RDS(ON)
大家都知道MOSFET完全導(dǎo)通之后相當(dāng)于一個電阻,它在工作中并非一成不變的量。例如,某廠家標稱為380mΩ的器件,在規(guī)格書的標稱值中如下標識:
? 可見,380mΩ只是ID=3.2A,Tj=25°C時候的,實際在電路系統(tǒng)運行的時候,Tj會在100°C以上,后面的曲線中可以看到:隨著MOS的結(jié)溫升高,RDS(ON)也會增加,這也是它的正溫度系數(shù)特性。隨著ID的增加,RDS(ON)的值也會增加。所以在查看RDS(ON)的時候,應(yīng)該考慮電流和結(jié)溫。 ? 在系統(tǒng)應(yīng)用中MOS的最大導(dǎo)通電流會被以下幾個因素決定: RDS(ON),溫升Tj-Tc,熱阻Rthjc,器件功耗PD 根據(jù)溫升公式: ? 其中器件功耗實際中主要考慮導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗(硬開關(guān)電路),但是此處為了計算方便,考慮導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗占比各50%: ? 在規(guī)格書中可以找到,一般為150°C,CASE溫度可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需要確定。 ? RDS(ON)注意要使用Tjmax對應(yīng)的電阻值,可以在規(guī)格書中查到。注意不同的封裝對應(yīng)的熱阻不一樣,可以計算出漏極電流最大有效值:
但是注意,如果軟開關(guān)電路,可以少考慮一點開關(guān)損耗,計算出的ID可以稍微大一些,如果硬開關(guān)電路,且開關(guān)頻率比較高,則需要多考慮一些開關(guān)損耗。
Vth
很多人其實不太關(guān)注開啟電壓Vth的值,在規(guī)格書中一般看到:
英飛凌 ? ST ? 同樣的,這個Vth是在Tj=25°C或者Tc=25°C時候測到的。但是,Vth是負溫度系數(shù),也就是說隨著結(jié)溫的升高,Vth會下降,這就意味著,電路系統(tǒng)運行發(fā)熱后,Vth會降低,會更容易受到干擾而誤觸發(fā)。有的公司會給出Vth隨著結(jié)溫變化的曲線。見下圖:
開關(guān)時間(td(on),tr,td(off),tf)
規(guī)格書中給出的這組數(shù)據(jù)在系統(tǒng)應(yīng)用中可以說是最沒有什么參考意義的了,但是有一點,就是橫向?qū)Ρ鹊臅r候,可以粗略對比一下兩個MOS的開關(guān)速度。但是如果測試條件不同,也沒有什么意義。
首先,看下規(guī)格書中給出的測試開關(guān)時間的電路: ? 撇開圖中紅色圈圈標出來的測試條件會明顯影響開關(guān)時間不說,說一下測試的電路。大部分廠家用的如下電路:
這個電路中MOSFET的負載是阻性負載,見紅圈所示,MOSFET帶阻性負載的時候,其開關(guān)特性表現(xiàn)為ID上升和VDS下降在同時進行。 而在實際常用的電路系統(tǒng)中,如buck,boost,flayback等,MOSFET的負載都是感性的,見下圖: ? 而感性負載的開關(guān)過程是,開通過程中,ID先上升,然后VDS開始下降。關(guān)斷過程是VDS先上升,ID再下降。見下圖: ? 其中,米勒平臺的高度會受器件本身的跨導(dǎo)和漏極電流ID影響,米勒平臺的長度受結(jié)電容Cgd影響和VDS的大小影響。整個開關(guān)過程都會受到驅(qū)動電阻Rg(外部的和內(nèi)部的)的影響。 ?
這3個參數(shù),有點常識的人都知道要看后面的曲線,不能看表格里面的數(shù)值,因為表格中的數(shù)值是某個VDS下的值,并沒有任何實用價值。
? 而后面的電容曲線會給出結(jié)電容隨著VDS的變化趨勢: ? 但是這個曲線在真正使用的時候也不怎么好用,畢竟像LLC或者移相全橋這種軟開關(guān)電路中,需要知道的是VDS變化過程中結(jié)電容中存儲能量或者電荷的變化量,于是有的公司的規(guī)格書中給出了兩個參數(shù):Co(tr) 和?Co(er)。 ? Co(er)— 能量等效電容,當(dāng)VDS從0到480V (通常是80%的BVDSS)時候需要對電容儲存的能量相當(dāng)?shù)碾娙葜怠?Co(tr)— 電荷等效電容,當(dāng)VDS從0到480V 時充電時間相當(dāng)?shù)牡刃щ娙葜怠? 如果做軟開關(guān),這兩個參數(shù)會比較有用。
雪崩能量VAR
雪崩的測試電路通常有兩種:
TESCE模式(下圖左邊,電感能量泄放經(jīng)過VDD)和ITC模式(下圖右邊,電感能量泄放不經(jīng)過VDD) ? 雪崩測試波形為:(左邊為TESEC模式,右邊為ITC模式) ? TESCE模式的雪崩能量計算為: ? ITC模式的雪崩能量計算為: ? 所以可以看出雪崩能量的大小和電感L以及雪崩電流IAS都有關(guān)系。話不多說,看下各家的規(guī)格書的測試條件(以下比較都是標稱電流為10A,BVDSS為650V左右的超級結(jié)MOSFET): ? 廠家一: ? 廠家二: ? 廠家三: ? 可見,不同廠家的雪崩能量不盡相同,但是它們之間可比性也不強,因為它們的測試條件不同。廠家二和廠家三只給出了電流值,只有廠家一給出了測試的電感值和電流值,但是廠家一的測試結(jié)果并沒有多出多少的參考意義,因為這個規(guī)格書給出的雪崩能量是僅僅是這個測試條件下的值,如果換個電感L,得到的雪崩能量并不等于表格中的值,換句話說就是,即便對于同一只MOS而言:
所以規(guī)格書中的雪崩測試數(shù)據(jù),實際應(yīng)用的參考意義也不大。如果硬要橫向?qū)Ρ妊┍滥芰Γ嗤?guī)格的MOS在相同測試條件下的數(shù)據(jù),是具備一定的比較意義的。
所以,規(guī)格書是我們選型及應(yīng)用的一把雙刃劍,用好了就能幫我們披荊斬棘,用不好可能會讓我們走很多彎路,甚至選錯料,不要掉進規(guī)格書的“坑”,要學(xué)會利用好這把利器。
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原文標題:MOSFET選型,別掉進規(guī)格書的“坑”
文章出處:【微信號:mcu168,微信公眾號:硬件攻城獅】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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