功率MOS管主要參數(shù)-功率MOSFET每一個(gè)參數(shù)介紹-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-11-16
在使用MOS管設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候，一般都要考慮MOS的導(dǎo)通電阻，最大電壓等，最大電流等因素。
導(dǎo)通的意思是作為開(kāi)關(guān)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng))，只要柵極電壓達(dá)到一定電壓（如4V或10V, 其他電壓，看手冊(cè)）就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的情況(高端驅(qū)動(dòng))。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS。
不管是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，因而在DS間流過(guò)電流的同時(shí)，兩端還會(huì)有電壓，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會(huì)減小導(dǎo)通損耗?，F(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻一般在幾毫歐，幾十毫歐左右。
MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)下降的過(guò)程，流過(guò)的電流有一個(gè)上升的過(guò)程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開(kāi)關(guān)損失。通常開(kāi)關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開(kāi)關(guān)頻率越快，導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。降低開(kāi)關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失；降低開(kāi)關(guān)頻率，可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開(kāi)關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開(kāi)關(guān)損失。
MOS管導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。但是，我們還需要速度。
在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì)比較大。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。
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Vds |
DS擊穿電壓.當(dāng)Vgs=0V時(shí)，MOS的DS所能承受的最大電壓 |
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Rds(on) |
DS的導(dǎo)通電阻.當(dāng)Vgs=10V時(shí)，MOS的DS之間的電阻 |
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Id |
最大DS電流.會(huì)隨溫度的升高而降低 |
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Vgs |
最大GS電壓.一般為：-20V~+20V |
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Idm |
最大脈沖DS電流.會(huì)隨溫度的升高而降低，體現(xiàn)一個(gè)抗沖擊能力，跟脈沖時(shí)間也有關(guān)系 |
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Pd |
最大耗散功率 |
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Tj |
最大工作結(jié)溫，通常為150度和175度 |
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Tstg |
最大存儲(chǔ)溫度 |
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Iar |
最大存儲(chǔ)溫度 |
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Ear |
雪崩電流 |
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Eas |
重復(fù)雪崩擊穿能量 |
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BVdss |
單次脈沖雪崩擊穿能量 |
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Idss |
DS擊穿電壓 |
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Igss |
飽和DS電流，uA級(jí)的電流 |
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gfs |
GS驅(qū)動(dòng)電流，nA級(jí)的電流. |
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Qg |
跨導(dǎo) |
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Qgs |
G總充電電量 |
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Qgd |
GS充電電量 |
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Td(on) |
GD充電電量 |
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Tr |
導(dǎo)通延遲時(shí)間，從有輸入電壓上升到10%開(kāi)始到Vds下降到其幅值90%的時(shí)間 |
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Td(off) |
上升時(shí)間，輸出電壓 VDS 從 90% 下降到其幅值 10% 的時(shí)間 |
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Tf |
關(guān)斷延遲時(shí)間，輸入電壓下降到 90% 開(kāi)始到 VDS 上升到其關(guān)斷電壓時(shí) 10% 的時(shí)間 |
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Ciss |
輸入電容，Ciss=Cgd + Cgs. |
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Coss |
輸出電容，Coss=Cds +Cgd. |
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Crss |
反向傳輸電容，Crss=Cgc. |
最大額定參數(shù)，所有數(shù)值取得條件(Ta=25℃)
VDSS 最大漏-源電壓
在柵源短接，漏-源額定電壓(VDSS)是指漏-源未發(fā)生雪崩擊穿前所能施加的最大電壓。根據(jù)溫度的不同，實(shí)際雪崩擊穿電壓可能低于額定VDSS。關(guān)于V(BR)DSS的詳細(xì)描述請(qǐng)參見(jiàn)靜電學(xué)特性。
VGS 最大柵源電壓
VGS額定電壓是柵源兩極間可以施加的最大電壓。設(shè)定該額定電壓的主要目的是防止電壓過(guò)高導(dǎo)致的柵氧化層損傷。實(shí)際柵氧化層可承受的電壓遠(yuǎn)高于額定電壓，但是會(huì)隨制造工藝的不同而改變，因此保持VGS在額定電壓以內(nèi)可以保證應(yīng)用的可靠性。
ID - 連續(xù)漏電流
ID定義為芯片在最大額定結(jié)溫TJ(max)下，管表面溫度在25℃或者更高溫度下，可允許的最大連續(xù)直流電流。該參數(shù)為結(jié)與管殼之間額定熱阻RθJC和管殼溫度的函數(shù)：
ID中并不包含開(kāi)關(guān)損耗，并且實(shí)際使用時(shí)保持管表面溫度在25℃（Tcase）也很難。因此，硬開(kāi)關(guān)應(yīng)用中實(shí)際開(kāi)關(guān)電流通常小于ID 額定值@ TC = 25℃的一半，通常在1/3～1/4。補(bǔ)充，如果采用熱阻JA的話可以估算出特定溫度下的ID，這個(gè)值更有現(xiàn)實(shí)意義。
IDM - 脈沖漏極電流
該參數(shù)反映了器件可以處理的脈沖電流的高低，脈沖電流要遠(yuǎn)高于連續(xù)的直流電流。定義IDM的目的在于：線的歐姆區(qū)。對(duì)于一定的柵-源電壓，MOSFET導(dǎo)通后，存在最大的漏極電流。如圖所示，對(duì)于給定的一個(gè)柵-源電壓，如果工作點(diǎn)位于線性區(qū)域內(nèi)，漏極電流的增大會(huì)提高漏-源電壓，由此增大導(dǎo)通損耗。長(zhǎng)時(shí)間工作在大功率之下，將導(dǎo)致器件失效。因此，在典型柵極驅(qū)動(dòng)電壓下，需要將額定IDM設(shè)定在區(qū)域之下。區(qū)域的分界點(diǎn)在Vgs和曲線相交點(diǎn)。
因此需要設(shè)定電流密度上限，防止芯片溫度過(guò)高而燒毀。這本質(zhì)上是為了防止過(guò)高電流流經(jīng)封裝引線，因?yàn)樵谀承┣闆r下，整個(gè)芯片上最“薄弱的連接”不是芯片，而是封裝引線。
考慮到熱效應(yīng)對(duì)于IDM的限制，溫度的升高依賴于脈沖寬度，脈沖間的時(shí)間間隔，散熱狀況，RDS(on)以及脈沖電流的波形和幅度。單純滿足脈沖電流不超出IDM上限并不能保證結(jié)溫不超過(guò)最大允許值?？梢詤⒖紵嵝阅芘c機(jī)械性能中關(guān)于瞬時(shí)熱阻的討論，來(lái)估計(jì)脈沖電流下結(jié)溫的情況。
PD - 容許溝道總功耗
容許溝道總功耗標(biāo)定了器件可以消散的最大功耗，可以表示為最大結(jié)溫和管殼溫度為25℃時(shí)熱阻的函數(shù)。
TJ, TSTG - 工作溫度和存儲(chǔ)環(huán)境溫度的范圍
這兩個(gè)參數(shù)標(biāo)定了器件工作和存儲(chǔ)環(huán)境所允許的結(jié)溫區(qū)間。設(shè)定這樣的溫度范圍是為了滿足器件最短工作壽命的要求。如果確保器件工作在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，將極大地延長(zhǎng)其工作壽命。
EAS - 單脈沖雪崩擊穿能量
如果電壓過(guò)沖值(通常由于漏電流和雜散電感造成)未超過(guò)擊穿電壓，則器件不會(huì)發(fā)生雪崩擊穿，因此也就不需要消散雪崩擊穿的能力。雪崩擊穿能量標(biāo)定了器件可以容忍的瞬時(shí)過(guò)沖電壓的安全值，其依賴于雪崩擊穿需要消散的能量。
定義額定雪崩擊穿能量的器件通常也會(huì)定義額定EAS。額定雪崩擊穿能量與額定UIS具有相似的意義。EAS標(biāo)定了器件可以安全吸收反向雪崩擊穿能量的高低。
L是電感值，iD為電感上流過(guò)的電流峰值，其會(huì)突然轉(zhuǎn)換為測(cè)量器件的漏極電流。電感上產(chǎn)生的電壓超過(guò)MOSFET擊穿電壓后，將導(dǎo)致雪崩擊穿。雪崩擊穿發(fā)生時(shí)，即使 MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài)，電感上的電流同樣會(huì)流過(guò)MOSFET器件。電感上所儲(chǔ)存的能量與雜散電感上存儲(chǔ)，由MOSFET消散的能量類似。
MOSFET并聯(lián)后，不同器件之間的擊穿電壓很難完全相同。通常情況是：某個(gè)器件率先發(fā)生雪崩擊穿，隨后所有的雪崩擊穿電流(能量)都從該器件流過(guò)。
EAR - 重復(fù)雪崩能量
重復(fù)雪崩能量已經(jīng)成為“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”，但是在沒(méi)有設(shè)定頻率，其它損耗以及冷卻量的情況下，該參數(shù)沒(méi)有任何意義。散熱(冷卻)狀況經(jīng)常制約著重復(fù)雪崩能量。對(duì)于雪崩擊穿所產(chǎn)生的能量高低也很難預(yù)測(cè)。
額定EAR的真實(shí)意義在于標(biāo)定了器件所能承受的反復(fù)雪崩擊穿能量。該定義的前提條件是：不對(duì)頻率做任何限制，從而器件不會(huì)過(guò)熱，這對(duì)于任何可能發(fā)生雪崩擊穿的器件都是現(xiàn)實(shí)的。在驗(yàn)證器件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，最好可以測(cè)量處于工作狀態(tài)的器件或者熱沉的溫度，來(lái)觀察MOSFET器件是否存在過(guò)熱情況，特別是對(duì)于可能發(fā)生雪崩擊穿的器件。
IAR - 雪崩擊穿電流
對(duì)于某些器件，雪崩擊穿過(guò)程中芯片上電流集邊的傾向要求對(duì)雪崩電流IAR進(jìn)行限制。這樣，雪崩電流變成雪崩擊穿能量規(guī)格的“精細(xì)闡述”；其揭示了器件真正的能力。
V(BR)DSS：漏-源擊穿電壓(破壞電壓)
V(BR)DSS（有時(shí)候叫做VBDSS）是指在特定的溫度和柵源短接情況下，流過(guò)漏極電流達(dá)到一個(gè)特定值時(shí)的漏源電壓。這種情況下的漏源電壓為雪崩擊穿電壓。
V(BR)DSS 是正溫度系數(shù)，溫度低時(shí)V(BR)DSS小于25℃時(shí)的漏源電壓的最大額定值。在-50℃, V(BR)DSS大約是25℃時(shí)最大漏源額定電壓的90%。
VGS(th)，VGS(off)：閾值電壓
VGS(th) 是指加的柵源電壓能使漏極開(kāi)始有電流，或關(guān)斷MOSFET時(shí)電流消失時(shí)的電壓，測(cè)試的條件（漏極電流，漏源電壓，結(jié)溫）也是有規(guī)格的。正常情況下，所有的MOS柵極器件的閾值電壓都會(huì)有所不同。因此，VGS(th)的變化范圍是規(guī)定好的。VGS(th)是負(fù)溫度系數(shù)，當(dāng)溫度上升時(shí)，MOSFET將會(huì)在比較低的柵源電壓下開(kāi)啟。
RDS(on)：導(dǎo)通電阻
RDS(on) 是指在特定的漏電流（通常為ID電流的一半）、柵源電壓和25℃的情況下測(cè)得的漏-源電阻。
IDSS：零柵壓漏極電流
IDSS 是指在當(dāng)柵源電壓為零時(shí)，在特定的漏源電壓下的漏源之間泄漏電流。既然泄漏電流隨著溫度的增加而增大，IDSS在室溫和高溫下都有規(guī)定。漏電流造成的功耗可以用IDSS乘以漏源之間的電壓計(jì)算，通常這部分功耗可以忽略不計(jì)。
IGSS -柵源漏電流
IGSS是指在特定的柵源電壓情況下流過(guò)柵極的漏電流。
Ciss：輸入電容
將漏源短接，用交流信號(hào)測(cè)得的柵極和源極之間的電容就是輸入電容。Ciss是由柵漏電容Cgd和柵源電容Cgs并聯(lián)而成，或者Ciss = Cgs +Cgd。當(dāng)輸入電容充電致閾值電壓時(shí)器件才能開(kāi)啟，放電致一定值時(shí)器件才可以關(guān)斷。因此驅(qū)動(dòng)電路和Ciss對(duì)器件的開(kāi)啟和關(guān)斷延時(shí)有著直接的影響。
Coss：輸出電容
將柵源短接，用交流信號(hào)測(cè)得的漏極和源極之間的電容就是輸出電容。Coss是由漏源電容Cds和柵漏電容Cgd并聯(lián)而成，或者Coss = Cds +Cgd對(duì)于軟開(kāi)關(guān)的應(yīng)用，Coss非常重要，因?yàn)樗赡芤痣娐返闹C振
Crss：反向傳輸電容
在源極接地的情況下，測(cè)得的漏極和柵極之間的電容為反向傳輸電容。反向傳輸電容等同于柵漏電容。Cres =Cgd，反向傳輸電容也常叫做米勒電容，對(duì)于開(kāi)關(guān)的上升和下降時(shí)間來(lái)說(shuō)是其中一個(gè)重要的參數(shù)，他還影響這關(guān)斷延時(shí)時(shí)間。電容隨著漏源電壓的增加而減小，尤其是輸出電容和反向傳輸電容。
Qgs,Qgd,和Qg：柵電荷柵電荷值反應(yīng)存儲(chǔ)在端子間電容上的電荷，既然開(kāi)關(guān)的瞬間，電容上的電荷隨電壓的變化而變化，所以設(shè)計(jì)柵驅(qū)動(dòng)電路時(shí)經(jīng)常要考慮柵電荷的影響。
Qgs從0電荷開(kāi)始到第一個(gè)拐點(diǎn)處，Qgd是從第一個(gè)拐點(diǎn)到第二個(gè)拐點(diǎn)之間部分（也叫做“米勒”電荷），Qg是從0點(diǎn)到VGS等于一個(gè)特定的驅(qū)動(dòng)電壓的部分。
漏電流和漏源電壓的變化對(duì)柵電荷值影響比較小，而且柵電荷不隨溫度的變化。測(cè)試條件是規(guī)定好的。柵電荷的曲線圖體現(xiàn)在數(shù)據(jù)表中，包括固定漏電流和變化漏源電壓情況下所對(duì)應(yīng)的柵電荷變化曲線。在圖中平臺(tái)電壓VGS(pl)隨著電流的增大增加的比較?。S著電流的降低也會(huì)降低）。平臺(tái)電壓也正比于閾值電壓，所以不同的閾值電壓將會(huì)產(chǎn)生不同的平臺(tái)電壓。
下面這個(gè)圖更加詳細(xì)，應(yīng)用一下：
td(on)：導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間
導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間是從當(dāng)柵源電壓上升到10%柵驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)到漏電流升到規(guī)定電流的10%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。
td(off)：關(guān)斷延時(shí)時(shí)間
關(guān)斷延時(shí)時(shí)間是從當(dāng)柵源電壓下降到90%柵驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)到漏電流降至規(guī)定電流的90%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。這顯示電流傳輸?shù)截?fù)載之前所經(jīng)歷的延遲。
tr：上升時(shí)間
上升時(shí)間是漏極電流從10%上升到90%所經(jīng)歷的時(shí)間。
tf：下降時(shí)間
下降時(shí)間是漏極電流從90%下降到10%所經(jīng)歷的時(shí)間。
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