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MOS規(guī)格書(shū)的選型及應(yīng)用

硬件攻城獅 ? 來(lái)源:Arrow Solution ? 作者:Arrow Solution ? 2022-10-17 14:33 ? 次閱讀

我們這里當(dāng)然不是說(shuō)規(guī)格書(shū)在挖坑,規(guī)格書(shū)的數(shù)據(jù)都是用儀器一個(gè)個(gè)測(cè)出來(lái)的,是剛正不阿的存在!

規(guī)格書(shū)的數(shù)據(jù)測(cè)試是遵循特定的標(biāo)準(zhǔn)的,之所以遵循這些標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)試,是因?yàn)樽鳛橐粋€(gè)規(guī)格書(shū),必須規(guī)定一個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),讓不同的人在不同的時(shí)候測(cè)出的數(shù)據(jù)是一樣的。而電源的設(shè)計(jì)對(duì)MOS的要求是五花八門(mén)的,所以,在參看MOSFET規(guī)格書(shū)的時(shí)候,要“透過(guò)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(lái)看看這些主要的參數(shù)吧。

BVDSS

這個(gè)參數(shù)太明顯了,明顯到你不想看它都能跳進(jìn)你的眼里,因?yàn)樗鼰o(wú)論在電流命名的規(guī)則還是Ron命名的規(guī)則里都會(huì)出現(xiàn)在型號(hào)里。但是你知道它的測(cè)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(shū):

英飛凌

c7442384-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

ST

c7688e68-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

onsemi

c77340b0-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

看到了,BV值是在VGS=0的情況下,漏極流過(guò)250uA(或者其它比如1mA),MOSFET不發(fā)生雪崩的情況下測(cè)得的值。緊接著,在很多廠家的規(guī)格書(shū)可以看到這一項(xiàng): c78ca83e-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 或者是后面看到這樣的曲線(xiàn):(下圖曲線(xiàn)的BV是歸一化后的,即相對(duì)于25°C結(jié)溫的倍數(shù)) c79fc798-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 這說(shuō)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(shí)候,結(jié)溫肯定是大于25°C的,很多都在100°以上。所以實(shí)際BV值可能在標(biāo)稱(chēng)BV的1.1倍左右。 ?

ID

關(guān)于這個(gè)參數(shù),我很想保持沉默,因?yàn)槲矣X(jué)得,規(guī)格書(shū)上的這個(gè)標(biāo)稱(chēng)參數(shù),對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō),幾乎沒(méi)有什么參考意義。

可能有的剛?cè)胄械男』锇樵谶x型的時(shí)候,會(huì)計(jì)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(gè)電流的ID值作為選型的參考。其實(shí)這個(gè)思路是不科學(xué)的。 首先,我們看看大廠商的規(guī)格書(shū),關(guān)于ID的項(xiàng)目: c7c05d8c-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.pngc7d93e7e-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 看到標(biāo)紅圈圈的地方了嗎? ? 1.?Tj=25°C,除非無(wú)特殊說(shuō)明。如果這項(xiàng)測(cè)試需要MOS工作起來(lái),那么Tj=25°C如何保證,并且隨著測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng),Tj會(huì)越來(lái)越高。實(shí)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(shí)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(huà),通常用小一號(hào)字體在table的下面低調(diào)的標(biāo)出??吹?jīng)],真正有用的一句話(huà),在角落里。 ? 所以,關(guān)于規(guī)格書(shū)中的標(biāo)稱(chēng)電流ID,看看就好了,別太認(rèn)真。 ?

RDS(ON)

大家都知道MOSFET完全導(dǎo)通之后相當(dāng)于一個(gè)電阻,它在工作中并非一成不變的量。例如,某廠家標(biāo)稱(chēng)為380mΩ的器件,在規(guī)格書(shū)的標(biāo)稱(chēng)值中如下標(biāo)識(shí):

c7fa4e0c-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 可見(jiàn),380mΩ只是ID=3.2A,Tj=25°C時(shí)候的,實(shí)際在電路系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候,Tj會(huì)在100°C以上,后面的曲線(xiàn)中可以看到:隨著MOS的結(jié)溫升高,RDS(ON)也會(huì)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(huì)增加。所以在查看RDS(ON)的時(shí)候,應(yīng)該考慮電流和結(jié)溫。 c8059b54-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 在系統(tǒng)應(yīng)用中MOS的最大導(dǎo)通電流會(huì)被以下幾個(gè)因素決定: RDS(ON),升Tj-Tc,熱阻Rthjc,器件功耗PD 根據(jù)溫升公式: c8c5c776-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 其中器件功耗實(shí)際中主要考慮導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗(硬開(kāi)關(guān)電路),但是此處為了計(jì)算方便,考慮導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗占比各50%: c8da130c-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 在規(guī)格書(shū)中可以找到,一般為150°C,CASE溫度可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要確定。 ? RDS(ON)注意要使用Tjmax對(duì)應(yīng)的電阻值,可以在規(guī)格書(shū)中查到。注意不同的封裝對(duì)應(yīng)的熱阻不一樣,可以計(jì)算出漏極電流最大有效值: c8e006fe-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

但是注意,如果軟開(kāi)關(guān)電路,可以少考慮一點(diǎn)開(kāi)關(guān)損耗,計(jì)算出的ID可以稍微大一些,如果硬開(kāi)關(guān)電路,且開(kāi)關(guān)頻率比較高,則需要多考慮一些開(kāi)關(guān)損耗。

Vth

很多人其實(shí)不太關(guān)注開(kāi)啟電壓Vth的值,在規(guī)格書(shū)中一般看到:

英飛凌 c8f34962-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? ST c90979e4-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 同樣的,這個(gè)Vth是在Tj=25°C或者Tc=25°C時(shí)候測(cè)到的。但是,Vth是負(fù)溫度系數(shù),也就是說(shuō)隨著結(jié)溫的升高,Vth會(huì)下降,這就意味著,電路系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)熱后,Vth會(huì)降低,會(huì)更容易受到干擾而誤觸發(fā)。有的公司會(huì)給出Vth隨著結(jié)溫變化的曲線(xiàn)。見(jiàn)下圖: c9259e9e-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

開(kāi)關(guān)時(shí)間(td(on),tr,td(off),tf

規(guī)格書(shū)中給出的這組數(shù)據(jù)在系統(tǒng)應(yīng)用中可以說(shuō)是最沒(méi)有什么參考意義的了,但是有一點(diǎn),就是橫向?qū)Ρ鹊臅r(shí)候,可以粗略對(duì)比一下兩個(gè)MOS的開(kāi)關(guān)速度。但是如果測(cè)試條件不同,也沒(méi)有什么意義。

首先,看下規(guī)格書(shū)中給出的測(cè)試開(kāi)關(guān)時(shí)間的電路: c96889b6-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 撇開(kāi)圖中紅色圈圈標(biāo)出來(lái)的測(cè)試條件會(huì)明顯影響開(kāi)關(guān)時(shí)間不說(shuō),說(shuō)一下測(cè)試的電路。大部分廠家用的如下電路:

c997d5e0-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

這個(gè)電路中MOSFET的負(fù)載是阻性負(fù)載,見(jiàn)紅圈所示,MOSFET帶阻性負(fù)載的時(shí)候,其開(kāi)關(guān)特性表現(xiàn)為ID上升和VDS下降在同時(shí)進(jìn)行。 而在實(shí)際常用的電路系統(tǒng)中,如buck,boost,flayback等,MOSFET的負(fù)載都是感性的,見(jiàn)下圖: c9b602ea-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 而感性負(fù)載的開(kāi)關(guān)過(guò)程是,開(kāi)通過(guò)程中,ID先上升,然后VDS開(kāi)始下降。關(guān)斷過(guò)程是VDS先上升,ID再下降。見(jiàn)下圖: c9ca8724-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 其中,米勒平臺(tái)的高度會(huì)受器件本身的跨導(dǎo)和漏極電流ID影響,米勒平臺(tái)的長(zhǎng)度受結(jié)電容Cgd影響和VDS的大小影響。整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程都會(huì)受到驅(qū)動(dòng)電阻Rg(外部的和內(nèi)部的)的影響。 ?

結(jié)電容(Crss,Coss,Ciss)

這3個(gè)參數(shù),有點(diǎn)常識(shí)的人都知道要看后面的曲線(xiàn),不能看表格里面的數(shù)值,因?yàn)楸砀裰械臄?shù)值是某個(gè)VDS下的值,并沒(méi)有任何實(shí)用價(jià)值。

ca706a22-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 而后面的電容曲線(xiàn)會(huì)給出結(jié)電容隨著VDS的變化趨勢(shì): ca7e14a6-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 但是這個(gè)曲線(xiàn)在真正使用的時(shí)候也不怎么好用,畢竟像LLC或者移相全橋這種軟開(kāi)關(guān)電路中,需要知道的是VDS變化過(guò)程中結(jié)電容中存儲(chǔ)能量或者電荷的變化量,于是有的公司的規(guī)格書(shū)中給出了兩個(gè)參數(shù):Co(tr) 和?Co(er)。 caa10e70-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? Co(er)— 能量等效電容,當(dāng)VDS從0到480V (通常是80%的BVDSS)時(shí)候需要對(duì)電容儲(chǔ)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(shí)充電時(shí)間相當(dāng)?shù)牡刃щ娙葜怠? 如果做軟開(kāi)關(guān),這兩個(gè)參數(shù)會(huì)比較有用。

雪崩能量VAR

雪崩的測(cè)試電路通常有兩種:

TESCE模式(下圖左邊,電感能量泄放經(jīng)過(guò)VDD)和ITC模式(下圖右邊,電感能量泄放不經(jīng)過(guò)VDD) cab310f2-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 雪崩測(cè)試波形為:(左邊為T(mén)ESEC模式,右邊為ITC模式) cad17a88-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? TESCE模式的雪崩能量計(jì)算為: cae5cd44-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? ITC模式的雪崩能量計(jì)算為: cafa0818-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 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(huà)不多說(shuō),看下各家的規(guī)格書(shū)的測(cè)試條件(以下比較都是標(biāo)稱(chēng)電流為10A,BVDSS為650V左右的超級(jí)結(jié)MOSFET): ? 廠家一: cb0bc332-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 廠家二: cb36ef26-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 廠家三: cb60bd1a-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.pngcb6bd326-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 可見(jiàn),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(qiáng),因?yàn)樗鼈兊臏y(cè)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(cè)試的電感值和電流值,但是廠家一的測(cè)試結(jié)果并沒(méi)有多出多少的參考意義,因?yàn)檫@個(gè)規(guī)格書(shū)給出的雪崩能量是僅僅是這個(gè)測(cè)試條件下的值,如果換個(gè)電感L,得到的雪崩能量并不等于表格中的值,換句話(huà)說(shuō)就是,即便對(duì)于同一只MOS而言: cb87a4ca-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

所以規(guī)格書(shū)中的雪崩測(cè)試數(shù)據(jù),實(shí)際應(yīng)用的參考意義也不大。如果硬要橫向?qū)Ρ妊┍滥芰?,相同?guī)格的MOS在相同測(cè)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(shū)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(huì)讓我們走很多彎路,甚至選錯(cuò)料,不要掉進(jìn)規(guī)格書(shū)的“坑”,要學(xué)會(huì)利用好這把利器。

審核編輯:彭靜
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原文標(biāo)題:MOSFET選型,別掉進(jìn)規(guī)格書(shū)的“坑”

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