科晟korsun對參數(shù)有一定了解,不妨我們一起看看,互相探討,學習與交流。
一、絕對最大額定參數(shù)
VDS 表示漏極與源極之間所能施加的最大電壓值。
VGS 表示柵極與源極之間所能施加的最大電壓值。
ID 表示漏極可承受的持續(xù)電流值,如果流過的電流超過該值,會引起擊穿的風險。
IDM 表示的是漏源之間可承受的單次脈沖電流強度,如果超過該值,會引起擊穿的風險。
EAS 表示單脈沖雪崩擊穿能量,如果電壓過沖值(通常由于漏電流和雜散電感造成)未超過擊穿電壓,則器件不會發(fā)生雪崩 擊穿,因此也就不需要消散雪崩擊穿的能力。EAS標定了器件可以安全吸收反向雪崩擊穿能量的高低。
PD 表示最大耗散功率,是指MOS性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率,使用時要注意MOS的實際功耗應小于此參數(shù)并留有一定余量,此參數(shù)一般會隨結(jié)溫的上升而有所減額。(此參數(shù)靠不住)
TJ, Tstg ,這兩個參數(shù)標定了器件工作和存儲環(huán)境所允許的結(jié)溫區(qū)間,應避免超過這個溫度,并留有一定余量,如果確保器件工作在這個溫度區(qū)間內(nèi),將極大地延長其工作壽命。
極限參數(shù)
二、額定電流
ID(DC) : 漏極允許通過的最大直流電流值,此值受到導通阻抗、封裝和內(nèi)部連線等的制約TC=25℃ (假定封裝緊貼無限大散熱板)
ID(Pulse) : 漏極允許通過的最大脈沖電流值,此值還受到脈沖寬度和占空比等的制約。
三、熱阻
熱阻表示熱傳導的難易程度,熱阻分為溝道-環(huán)境之間的熱阻、溝道-封裝之間的熱阻,熱阻越小,表示散熱性能越好。
熱阻是材料抵抗熱能流動的能力,由半導體晶片消耗的功率被轉(zhuǎn)換成熱量,其被傳送到封裝,并且最終通道散熱片或其他導熱材料釋放到環(huán)境空氣中,而消耗功率PD產(chǎn)生熱能導致元件溫度(ΔT)的增加導致元件溫度,(ΔT)可以計算為ΔT= Rth×PD。
Rth是定義ΔT和PD之間關(guān)系的常數(shù),該常數(shù)稱為熱阻。
四、靜態(tài)參數(shù)
VGS(th) 表示的是MOS的開啟電壓(閾值電壓),對于NMOS,當外加柵極控制電壓 VGS超過 VGS(th) 時,NMOS就會導通。
IGSS 表示柵極驅(qū)動漏電流,越小越好,對系統(tǒng)效率有較小程度的影響。
IDSS 表示漏源漏電流,柵極電壓VGS=0、VDS 為一定值時的漏源漏流,一般在微安級。
RDS(ON) 表示MOS的導通電阻,一般來說導通電阻越小越好,其決定MOS的導通損耗,導通電阻越大損耗越大,MOS溫升也越高,在大功率電源中,導通損耗會占MOS整個損耗中較大的比例。
gfs 表示正向跨導,反映的是柵極電壓對漏源電流控制的能力,gfs過小會導致MOSFET關(guān)斷速度降低,關(guān)斷能力減弱,過大會導致關(guān)斷過快,EMI特性差,同時伴隨關(guān)斷時漏源會產(chǎn)生更大的關(guān)斷電壓尖峰。
V(BR)DSS
這個參數(shù)是有條件的,這個最小值60V是在Tj=25℃的值,也就是只有在Tj=25℃時,MOSFET上電壓不超過60V才算是工作在安全狀態(tài)。
V(BR)DSS是正溫度系數(shù),如果電源用在寒冷的地方,環(huán)境溫度低到-40℃甚至更低的話,V(BR)DSS值<56V,這時候60V就已經(jīng)超過MOSFET耐壓了。
所以在MOSFET使用中,我們都會保留一定的VDS的電壓裕量,其中一點就是為了考慮到低溫時MOSFET V(BR)DSS值變小了,另外一點是為了應對各種惡例條件下開關(guān)機的VDS電壓尖峰。
五、動態(tài)參數(shù)
Ciss 表示輸入電容,Ciss=Cgs+Cgd,該參數(shù)會影響MOS的開關(guān)時間,該值越大,同樣驅(qū)動能力下,開通及關(guān)斷時間就越慢,開關(guān)損耗也就越大。
Coss 表示輸出電容,Coss=Cds+Cgd;Crss表示反向傳輸電容,Crss=Cgd(米勒電容)。
這兩項參數(shù)對MOSFET關(guān)斷時間略有影響,其中Cgd會影響到漏極有異常高電壓時,傳輸?shù)組OSFET柵極電壓能量的大小,會對雷擊測試項目有一定影響。
Qg、Qgs、Qgd、td(on)、tr、td(off)、tf 這些參數(shù)都是與時間相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)。開關(guān)速度越快對應的優(yōu)點是開關(guān)損耗越小,效率高,溫升低,對應的缺點是EMI特性差,MOSFET關(guān)斷尖峰過高。
電容特性
輸入電容(Ciss)=Cgd+Cgs,為在OFF狀態(tài)下柵極輸入電容量。
輸出電容(Coss)=Cds+Cgd,為漏極D-源極S間電容量,即內(nèi)部二極管在逆偏壓時的電容量
反饋電容(Crss)=Cgd此為漏極D-柵極G間的電容量,又稱米勒電容,在高頻率開關(guān)動作時之不良影響大于Ciss及Coss。
影響開關(guān)速度的是Coss(=Cgs+Cgd),Cg越大速度越慢,Cds與正常切換電路的開關(guān)速度無關(guān)。另外,此參數(shù)與測試頻率與偏壓有關(guān),如果在不同頻率或偏路的開關(guān)速度無關(guān),如果在不同頻率或偏壓操作必須作適當修正。
Cgs大小與Gate charge有直接的關(guān)系。應該要越小越好,對電路整體的諧振考量與充放電切換時間越佳。
在 LLC拓撲中,減小死區(qū)時間可以提高效率,但過小的死區(qū)時間會導致無法實現(xiàn)ZVS(零電壓開關(guān))。因此選擇在VDS在低壓時Coss較小的MOSFET可以讓LLC更加容易實現(xiàn)ZVS,死區(qū)時間也可以適當減小,從而提升效率。
Ciss=Cgd+Cgs, Coss=Cgd+Cds, Crss=Cgd。
Ciss, Coss, Crss的容值都是隨著VDS電壓改變而改變的。
Qg , Qgs , Qgd特性
柵極電荷可分為三種:
Qg(柵極電荷):使柵極電壓從0升到10V所需的柵極電荷,是指MOSFET開關(guān)完全打開,Gate極所需要的電荷量。
Qgs 柵極-源極電荷
Qgd 柵極-漏極電荷
MOSFET的Qg可以理解為:當G級電容充至多少電荷時,MOSFET才能有效打開;放電至多少電荷時, MOSFET才會有效關(guān)斷,所以Qg就存在一個充放電的時間,這個時間會影響到MOS的開關(guān)速度。
開關(guān)頻率大的話,Qg還是小一些好,影響開關(guān)的速度。空載時結(jié)電容大,開關(guān)過程的損耗多。
MOSFET切換動作過程可以說是一種電荷移動現(xiàn)象。由于柵極完全是由絕緣膜覆蓋,其輸入阻抗幾乎是無限大,完全看輸入電容量的充放電動作來決定切換動作的狀態(tài)。
1.在t0-t1時刻,Vgs開始慢慢的上升直到Vgs(th),DS之間電流才開始慢慢上升,同時Cgs開始充電,在此期間Cgd和Cgs相比可以忽略;
2.t1-t2時刻,Cgs一直在充電,在t2時刻,Cgs充電完成,同時Id達到所需要的數(shù)值,但是Vds并沒有降低;
3.t2-t3時刻,VDS開始下降,Cgs充電完成,而且Vgs始終保持恒定,此時主要對Cgd充電,此段時間內(nèi),Cgd的電容值變大,在t3時刻Cgd充電完成,通常這個時間要比t1-t2長很多;
4.在t3-t4時刻,t3時刻Cgd和ICgsE已經(jīng)充電完成,VGS電壓開始上.升直到驅(qū)動IC的最高直流電壓。所以圖中(Qgd+Qgs)是Mos開關(guān)完全打開所需要的最小電荷量。
體二極管特性
IS、ISM這些參數(shù)如果過小,會有電流擊穿風險。
VSD、trr如果過大,在橋式或LCC系統(tǒng)中會導致系統(tǒng)損耗過大,溫升過高。
Qrr該參數(shù)與充電時間成正比,一般越小越好。
反向恢復時間trr & 反向恢復電荷Qrr:由于內(nèi)部寄生二極管可視為一種電容器,所以寄生二極管從導通切換到關(guān)斷狀態(tài)會儲存少量電荷(下圖紅色區(qū)域即為Qrr),而電荷量完全釋放出需耗費一段時間,此時間就是trr。
六、SOA安全工作區(qū)
SOA意為“安全工作區(qū)”指電源在運行時異常的大電流和電壓同時疊加在MOSFET上面,造成瞬時局部發(fā)熱而導致的破壞模式。或者是芯片與散熱器及封裝不能及時達到熱平衡導致熱積累,持續(xù)的發(fā)熱使溫度超過氧化層限制而導致的熱擊穿模式。
SOA各個線的參數(shù)限定值可以參考KST3415。
受限于最大額定電流及脈沖電流。
受限于最大節(jié)溫下的RDSON。
受限于器件最大的耗散功率。
受限于最大單個脈沖電流。
擊穿電壓BVDSS限制區(qū)。
審核編輯:湯梓紅
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