為了更深入的理解功率MOSFET的其它一些參數,本文仍然選用英飛凌公司的功率MOSFET為例,型號為IPD90N06S4-04。為了使每個(gè)參數的說(shuō)明更具備直觀(guān)性和易于理解,所有的表格和圖表也是從IPD90N06S4-04中摘錄出來(lái)的。下面就對這些參數做逐一的介紹。
如果需要更好的理解功率MOSFET,則需要了解更多的一些參數,這些參數對于設計都是十分必要和有用的。這些參數是ID、Rthjc、SOA、Transfer Curve、和EAS。
ID:定義了在室溫下漏級可以長(cháng)期工作的電流。需要注意的是,這個(gè)ID電流的是在Vgs在給定電壓下, Tc=25℃下的ID電流值。
ID的大小可以由以下的公式計算:
以IPD90N06S4-04為例,計算出的結果等于169A。為何在數據表上只標注90A呢?這是因為zui大的電流受限于封裝腳位與焊線(xiàn)直徑,在數據表的注釋1)中可以看到詳細的解釋。如下表所示:
此外,數據表中還給出了ID和結溫之間的曲線(xiàn)關(guān)系。從下表中可以看出,當環(huán)境溫度升高時(shí), ID會(huì )隨著(zhù)溫度而變化。在zui差的情況下,需要考慮在zui大環(huán)境溫度下的ID的電流仍然滿(mǎn)足電路設計的正常電流的要求。
Rthjc:設計者需要非常關(guān)注的設計參數,特別是當需要計算功率MOSFET在單脈沖和不同占空比時(shí)的功率損耗時(shí),就需要查看這個(gè)數據表來(lái)進(jìn)行設計估算。筆者將在如何用數據表來(lái)進(jìn)行設計估算中來(lái)具體解釋。
SOA:功率MOSFET的過(guò)載能力較低,為了保證器件**工作,具有較高的穩定性和較長(cháng)的壽命,對器件承受的電流、電壓、和功率有一定的限制。把這種限制用Uds-Id坐標平面表示,便構成功率MOSFET的**工作區 (Safe Operating Area,縮稱(chēng)SOA)。同一種器件,其SOA的大小與偏置電壓、冷卻條件、和開(kāi)關(guān)方式等都有關(guān)系。如果要細分SOA,還有二種分法。按柵極偏置分為正偏置SOA和反偏置SOA;按信號占空比來(lái)分為直流SOA、單脈沖SOA、和重復脈沖SOA。
功率MOSFET在開(kāi)通過(guò)程及穩定導通時(shí)必須保持柵極的正確偏置,正偏置SOA是器件處于通態(tài)下容許的工作范圍;相反,當關(guān)斷器件時(shí),為了提高關(guān)斷速度和可靠性,需要使柵極處于反偏置,所以反偏置SOA是器件關(guān)斷時(shí)容許的工作范圍。
直流SOA相當于占空比->1是的工作條件;單脈沖SOA則對應于占空比-> 0時(shí)的工作條件;重復脈沖SOA對應于占空比在0<D <1時(shí)的工作條件。從數據表上可以看出:?jiǎn)蚊}沖SOAzui大,重復脈沖SOA次之,直流SOAzui窄。
Transfer Curve:是用圖表的方式表達出ID和Vgs的函數關(guān)系。廠(chǎng)商會(huì )給出在不同環(huán)境溫度下的三條曲線(xiàn)。通常這三條曲線(xiàn)都會(huì )相交與一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)叫做溫度穩定點(diǎn)。
如果加在MOSFET的Vgs低于溫度穩定點(diǎn)(在IPD90N06S4-04中是Vgs<6.2V,此時(shí)的MOSFET是正溫度系數的,就是說(shuō),ID的電流是隨著(zhù)結溫同時(shí)增加的。在設計中,在大電流的設計中時(shí),應避免使功率MOSFET工作在正溫度系數區域。
當Vgs超過(guò)溫度穩定點(diǎn)(在IPD90N06S4-04中是Vgs>6.2V), MOSFET是正溫度系數的, 就是說(shuō),ID的電流是隨著(zhù)結溫的增加是減少的。這在實(shí)際應用中是一個(gè)非常好的特性,特別是是在大電流的設計應用中時(shí),這個(gè)特性會(huì )幫助功率MOSFET通過(guò)減少Vgs電流來(lái)減少結溫的增加。
EAS: 為了了解在雪崩電流情況下功率MOSFET的工作情況,數據表中給出了雪崩電流和時(shí)間對應的曲線(xiàn),這個(gè)曲線(xiàn)上可以讀出在相應的雪崩電流下,功率MOSFET在不損壞的情況下能夠承受的時(shí)間。對于同樣的雪崩能量,如果雪崩電流減少,能夠承受的時(shí)間會(huì )變長(cháng),反之亦然。環(huán)境溫度對于雪崩電流的等級也有影響,當環(huán)境溫度升高時(shí),由于收到zui大結溫的限制,能夠承受的雪崩電流會(huì )減少。
數據表中給出了功率MOSFET能夠承受的雪崩能量的值。在次例子中,室溫下的EAS=331mJ
上表給出的只是在室溫下的EAS,在設計中還需要用到在不同環(huán)境溫度下的EAS,廠(chǎng)商在數據表中也會(huì )給出,如下圖所示。