車規(guī)級(jí)N溝道功率MOSFET參數(shù)解析(1)

規(guī)格書(shū)中會(huì)給出一顆元件的相關(guān)參數(shù)值和曲線。在設(shè)計(jì)初期選擇元件時(shí)，通過(guò)這些參數(shù)可以評(píng)估某顆元件是否適合應(yīng)用在需要的電路中。在規(guī)格書(shū)中，一些參數(shù)的測(cè)試條件（也就是得到這些參數(shù)的先決條件）是很關(guān)鍵的。很多時(shí)候，雖然是同一類元件，不同供應(yīng)商的測(cè)試條件不同，參數(shù)值也會(huì)有差異。

以BUK7Y12-55B為例。他是一顆車規(guī)級(jí)的N溝道功率MOSFET。

一 產(chǎn)品概述

在最開(kāi)始的章節(jié)，是一些關(guān)于此元件的基本信息，包括基本描述、特征、應(yīng)用場(chǎng)景。它是一顆增強(qiáng)器FET。通過(guò)Q101認(rèn)證，是一顆汽車級(jí)元件?？梢栽跍囟群芨叩沫h(huán)境中使用，因?yàn)樗慕Y(jié)溫可以到175℃。

二 快速參數(shù)表

快速參數(shù)表中是此元件的一些基本或者重要的參數(shù)。工程師通過(guò)這些參數(shù)，可以了解元件的基本性能。從而預(yù)判它是否適合使用。如果合適，可以繼續(xù)深入研究之后的規(guī)格書(shū)細(xì)節(jié)。如果不合適，不用耽誤太多時(shí)間，可以尋找其他元件。

順帶說(shuō)一句：場(chǎng)效應(yīng)管的測(cè)試認(rèn)證規(guī)范是IEC60747-8

VDS：在元件不導(dǎo)通狀態(tài)下，S極和D極之間能保證的最大電壓。它的溫度使用范圍在25~175℃之間。

Id：在元件完全導(dǎo)通狀態(tài)下，焊接襯底維持在25℃時(shí)，可以流過(guò)的最大持續(xù)電流。當(dāng)然此時(shí)Vgs=10V

Ptot：焊接襯底維持在25℃時(shí)，元件自身可以承受的最大功耗。

Rds-on：元件導(dǎo)通狀態(tài)下，S極和G極之間阻抗值。包括典型值和最大值。需要注意這個(gè)值會(huì)隨著Tj和Vgs發(fā)生明顯變化。

Eds-ALS：非重復(fù)性的S極和D極間的雪崩能量。換句話說(shuō)就是當(dāng)出現(xiàn)任何超過(guò)元件Vds限值的電壓尖峰或者脈沖出現(xiàn)時(shí)，元件可以承受的最大能量。超過(guò)這個(gè)能量，元件有被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

Qgd：G極和D極之間的電荷。它是一個(gè)非常重要的關(guān)于開(kāi)關(guān)損耗的參數(shù)。

三 管腳信息

四 極限值

極限值表格提供了元件可以工作的最大值工作范圍。它的定義來(lái)自國(guó)標(biāo)IEC 60134（電子管和半導(dǎo)體器件的額定值制度）。當(dāng)元件工作在此范圍之外時(shí)，元件質(zhì)量得不到保證?？赡艹霈F(xiàn)的問(wèn)題是立即失效或者壽命縮減。有些極限值是在一定條件下取得的，例如溫度。

VDS：漏極-源極間電壓。在元件不導(dǎo)通狀態(tài)下，S極和D極之間能保證的最大電壓。它的溫度使用范圍在25~175℃之間。例如當(dāng)在25℃以下工作時(shí)，由于雪崩擊穿的正溫度系統(tǒng)原因，Vds的限值會(huì)減小。

Vgs：柵極-源極間電壓。原件的柵極和源極兩端可以承受的最大電壓。有些手冊(cè)中會(huì)定義直流電壓和脈沖電壓。直流電壓是在規(guī)定的結(jié)溫范圍內(nèi)和元件整個(gè)生命周期內(nèi)，元件可以承受的電壓。脈沖電壓是指在最大結(jié)溫條件下，幅值越高的脈沖，其寬度要越短。

柵極氧化物的壽命會(huì)隨著溫度的上升和柵極電壓的升高而減小。因此在選擇元件時(shí)，需要主要前提條件（即節(jié)溫和電壓）

Vdgr：漏極柵極間電壓。

Id：漏極電流。在元件完全導(dǎo)通狀態(tài)下，焊接襯底維持在25℃時(shí)，可以流過(guò)的最大持續(xù)電流。這個(gè)值與元件的封裝構(gòu)造、最大結(jié)溫有關(guān)。因此它和焊接襯底溫度Tmb、元件熱阻Rth、最大結(jié)溫下的Rds-on都有關(guān)系。

Idm：漏極峰值電流。在10us或者更短時(shí)間脈沖下，元件可以承受的最大漏極電流值。

Ptot：焊接襯底維持在25℃時(shí)，元件自身可以承受的最大功耗。在實(shí)際應(yīng)用中，很難控制消耗這么多的功耗時(shí)，焊接襯底溫度還能持續(xù)在25℃。

Tstg：存儲(chǔ)溫度。不影響元件可靠性的可以存儲(chǔ)的溫度范圍。長(zhǎng)期存儲(chǔ)元件時(shí)應(yīng)該用惰性氣體來(lái)阻止元器件性能惡化，例如管腳銹蝕。

Tj：節(jié)點(diǎn)溫度。元件的工作溫度范圍。

Is：源極電流。此處是指元件體二極管可以承受的最大持續(xù)電流。

Ism：源極鋒值電流此處是指元件體二極管可以承受的最大脈沖電流。

Rds-on：元件導(dǎo)通狀態(tài)下，S極和G極之間阻抗值。包括典型值和最大值。需要注意這個(gè)值會(huì)隨著Tj和Vgs發(fā)生明顯變化。

Eds-ALS：非重復(fù)性的S極和D極間的雪崩能量。在特定條件下，元件允許的單次最大過(guò)電壓脈沖能量值。換句話說(shuō)就是當(dāng)出現(xiàn)任何超過(guò)元件Vds限值的電壓尖峰或者脈沖出現(xiàn)時(shí)，元件可以承受的最大能量。超過(guò)這個(gè)能量，元件有被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

Eds-ALR：當(dāng)多于一個(gè)雪崩事件出現(xiàn)時(shí)，其中任意一個(gè)單次雪崩事件能夠允許的最大能量數(shù)值。對(duì)于重復(fù)雪崩事件，除了有能量需求外，還有標(biāo)準(zhǔn)的熱需求。

五 降額曲線

降額曲線可以讓我們得知電流和功率限值隨著溫度變化的情況。

5.1 漏極持續(xù)電流

下圖描述元件漏極持續(xù)電流和焊接襯底溫度之間的關(guān)系。如圖中紅色箭頭所示，當(dāng)焊接襯底溫度是75℃時(shí)，漏極最大電流已經(jīng)從室溫的61.8A降低到50A。

此圖中縱軸所展示的最大電流值，是指元件在橫軸對(duì)應(yīng)的焊接襯底溫度Tmb下，使元件的Tj升高到最大結(jié)溫175℃時(shí)的電流。

如果我們知道最大結(jié)溫Tj下的Rds-on值，就可以求得對(duì)應(yīng)最大結(jié)溫Tj下的功率：P=Rds-on x I^2。由此式可以看出允許的最大電流和允許的最大功率的平方根成比例。

以上的曲線來(lái)自下面的公式。注：∝是指一個(gè)物理量與另一個(gè)物理量成正比例關(guān)系

5.2 功率損耗

下圖是功率損耗和溫度的關(guān)系?？v軸是百分比。例如紅色箭頭所示是指：在元件焊接襯底溫度75℃時(shí)，元件允許的功率損耗最大值是25℃時(shí)的66%。25℃時(shí)的最大持續(xù)功率損耗在極限值表格有給出，為105W。

此曲線來(lái)自如下公式

電路選型和設(shè)計(jì)時(shí)，要把以上的曲線和極限值表格結(jié)合起來(lái)使用。