在應(yīng)用中功率MOSFET器件的基本參數(shù)分析

在汽車電子的驅(qū)動負(fù)載的各種應(yīng)用中，最常見的半導(dǎo)體元件就是功率MOSFET了。本文不準(zhǔn)備寫成一篇介紹功率MOSFET的技術(shù)大全，只是讓讀者去了解如何正確的理解功率MOSFET數(shù)據(jù)表中的常用主要參數(shù)，以幫助設(shè)計者更好的使用功率MOSFET進行設(shè)計。

數(shù)據(jù)表中的參數(shù)分為兩類：即最大額定值和電氣特性值。對于前者，在任何情況下都 不能超過，否則器件將永久損害；對于后者，一般以最小值、最大值、和典型值的形式給出，它們的值與測試方法和應(yīng)用條件密切相關(guān)。在實際應(yīng)用中，若超出電氣特性值，器件本身并不一定損壞，但如果設(shè)計裕度不足，可能導(dǎo)致電路工作失常。

在功率MOSFET的數(shù)據(jù)表給出的參數(shù)中， 通常最為關(guān)心的基本參數(shù)為Rds（on）、VBR（DSS）、Qgs和Vgs。更為高級一些的參數(shù)，如ID、Rthjc、SOA、Transfer Curve、EAS等，將在本文的下篇中再做介紹。

為了使每個參數(shù)的說明更具備直觀性和易于理解，選用了英飛凌公司的功率MOSFET，型號為IPD90N06S4-04。本文中所有的表格和圖表也是從IPD90N06S4-04中摘錄出來的。下面就對這些參數(shù)做逐一的介紹。

Rds（on）： 通態(tài)電阻。Rds（on）是和溫度和Vgs相關(guān)的參數(shù)，是MOSFET重要的參數(shù)之一。在數(shù)據(jù)表中，給出了在室溫下的典型值和最大值，并給出了得到這個值的測試條件，詳見下表。

除了表格以外，數(shù)據(jù)表中還給出了通態(tài)電阻隨著結(jié)溫變化的數(shù)據(jù)圖。從圖中可以看出，結(jié)溫越高，通態(tài)電阻越高。正是由于這個特性，當(dāng)單個功率MOSFET的電流容量不夠時，可以采用多個同類型的功率MOSFET并聯(lián)來進行擴流。

如果需要計算在指定溫度下的Rds（on），可以采用以下的計算公式。

上式中a為與工藝技術(shù)有關(guān)的常數(shù)，對于英飛凌的此類功率MOSFET，可以采用0.4作為常數(shù)值。如果需要快速的估算，可以粗略認(rèn)為：在最高結(jié)溫下的Rds（on）通態(tài)電阻是室溫下通態(tài)電阻的2倍。下表的曲線給出了Rds（on）隨環(huán)境溫度變化的關(guān)系。

VBR（DSS）：定義了MOSFET的源級和漏級的最大能購承受的直流電壓。在數(shù)據(jù)表中，此參數(shù)都會在數(shù)據(jù)表的首頁給出。注意給出的VBR（DSS）值是在室溫下的值。

此外，數(shù)據(jù)表中還會給出在全溫范圍內(nèi)（-55℃…+175℃） VBR（DSS） 隨著溫度變化的曲線。

從上表中可以看出，VBR（DSS）是隨著溫度變化的，所以在設(shè)計中要注意在極限溫度下的VBR（DSS）仍然能夠滿足系統(tǒng)電源對VBR（DSS） 的要求。

Qgs：數(shù)據(jù)表中給出了為了使功率MOSFET導(dǎo)通時在給定了的Vds電壓下，當(dāng)Vgs變化時的柵級電荷變化的曲線。從圖表中可以看出，為了使MOSFET完全導(dǎo)通，Vgs的典型值約等于10V，由于器件完全導(dǎo)通，可以減少器件的靜態(tài)損耗。

Vgs：描述了在指定了漏級電流下需要的柵源電壓。數(shù)據(jù)表中給出的是在室溫下，當(dāng)Vds=Vgs 時，漏極電流在微安等級時的Vgs 電壓。數(shù)據(jù)表中給出了最小值、典型值和最大值。

需要注意的是，在同樣的漏極電流下，Vgs 電壓會隨著結(jié)溫的升高而減小。在高結(jié)溫的情況下，漏極電流已經(jīng)接近達(dá)到了Idss（漏極電流）。為此，數(shù)據(jù)表中還會給出一條比常溫下指定電流大10倍的漏極電流曲線作為設(shè)計參考。如下圖所示。

以上介紹了在功率MOSFET數(shù)據(jù)表中最為設(shè)計者關(guān)心的基本參數(shù) Rds（on）、VBR（DSS）、Qgs和Vgs。如果需要更為深入的了解和使用功率MOSFET，還需要進一步的去了解更深入的一些參數(shù)，將在本文的下篇中再做介紹。

作者簡介：

高楊

近20年在汽車電子TOP10公司經(jīng)驗，特別是在車載控制器領(lǐng)域（多媒體、車身、駕駛輔助及VCU）。曾任職博世汽車專家級工程師，超過10年在汽車零部件（博世和大陸汽車），5+年汽車半導(dǎo)體（德州儀器和英飛凌），歷任多種資深（系統(tǒng)、設(shè)計、產(chǎn)品）工程師職務(wù)。豐富的平臺開發(fā)（從0到1）及產(chǎn)品開發(fā)的工程經(jīng)驗和技術(shù)積累。 Ford SYNC第一代的核心硬件工程師，定義和開發(fā)了德州儀器（TI）第一款智能高邊驅(qū)動器（TPS1H100-Q1），填補了公司在汽車電子市場的技術(shù)路線和市場空白。 整理和標(biāo)準(zhǔn)化了與設(shè)計開發(fā)的技術(shù)文件，可以直接用于指導(dǎo)設(shè)計及融入公司的文件體系中，滿足體系審查要求和提高公司的設(shè)計流程和管理水平。硬件設(shè)計流程管理的模板（45+篇），硬件設(shè)計評審和檢查清單模板（50+篇）。 企業(yè)內(nèi)訓(xùn)師認(rèn)證（TTT） ，超過2500頁汽車電子設(shè)計培訓(xùn)內(nèi)容PPT，滿足從入門、中級及高級汽車電子設(shè)計的培訓(xùn)要求，目前在4家企業(yè)內(nèi)部實施過培訓(xùn)，收到了很好的反饋。 目前獲得13件汽車電子專利（截止2019年12月）。《EDN電子技術(shù)設(shè)計》汽車電子專欄作者責(zé)任編輯：gt