為減少開(kāi)關(guān)管損耗的BSCO16NO3LSG型開(kāi)關(guān)電源MOSFET

近年來(lái)，電源的輸出電壓越來(lái)越低、輸出電流越來(lái)越大（某些電源系統(tǒng)輸出幾十安培到上百安培）。因此，電源設(shè)計(jì)中采用開(kāi)關(guān)電源控制器、加上多個(gè)驅(qū)動(dòng)器及功率 MOSFET組成的多相開(kāi)關(guān)電源能滿(mǎn)足這種要求。若采用多相控制器與功率MOSFET組成的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用十分靈活，可以根據(jù)輸出電流的大小合理選擇開(kāi)關(guān)管及同步整流管，并且可獲得很好的轉(zhuǎn)模效率及低的紋波電壓。

為減少在工作頻率高時(shí)的開(kāi)關(guān)管損耗，要求開(kāi)關(guān)管的柵極電容小、導(dǎo)通電阻??；并且要求輸出漏極電流大，不少功率MOSFET廠(chǎng)家紛紛開(kāi)發(fā)出各種低Qg、低RDS(on)及大ID的專(zhuān)用開(kāi)關(guān)電源MOSFET。本文介紹Infineon公司推出的為開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的N溝道高開(kāi)關(guān)速度功率MOSFET。它的型號(hào)是BSCO16NO3LSG。它的產(chǎn)品摘要為：VDS=30V、RDS(on)=1.6mΩ、ID=100A。

主要特點(diǎn)及有關(guān)參數(shù)

BSCO16NO3LSG的主要特點(diǎn)及有關(guān)參數(shù)：

1. 可采用TTL邏輯電壓控制；

2. 在TTL邏輯高電壓時(shí)，其導(dǎo)通電阻RDS(on)很小。如VGS=5V時(shí)，RDS(on)=1.7mΩ；VGS=4.5V時(shí)，RDS(on)=1.8 mΩ；VGS=4V時(shí)，RDS(on)=2mΩ；并且ID在0～50A范圍內(nèi)變化，RDS(on)不變，如圖1所示；

圖1 BSCO16NO3LSG的典型漏-源導(dǎo)通電阻

柵極電荷Qg×RDS(on)的乘積小，有利于工作于高頻率時(shí)減小損耗及具有良好的開(kāi)關(guān)特性；

3. 熱阻RJC低，RJC=1℃/W；并且在40mm×40mm×1.5mm單層敷銅板（環(huán)氧樹(shù)脂PCB），其銅層面積為6cm2（銅層厚70μM），PCB垂直在靜止空氣中的熱阻RJA=50℃/W。這說(shuō)明在一定工作條件下，功率MOSFET所需的冷卻散熱的PCB面積不大，可以減少PCB面積；

4. 小尺寸PG—TDSON—8封裝（一種封裝背面有較大面積散熱墊的結(jié)構(gòu)），其尺寸為：6mm×5mm×1mm。其背面形狀如圖2所示；

圖2 BSCO16NO3LSG的封裝背面有較大面積散熱墊

5. 在足夠大的散熱面積條件下，VGS=4.5V，該器件散熱墊的溫度TC在25℃～100℃范圍，其最大的連續(xù)ID可達(dá)100A。如果在其散熱敷銅層面積為6cm2的條件下(RJA=50℃/W),VGS=10V、TA環(huán)境溫度=25℃，其最大連續(xù)ID為32A。如果要求連續(xù)ID大于32A，可增加散熱面積或采用雙層敷銅層的PCB。

漏極電流ID與MOSFET散熱墊的溫度TC的關(guān)系表明：在VGS≥10V時(shí)，即使TC=120℃，也可保證ID=100A，脈沖漏極電流可達(dá)400A；

6. 該MOSFET的最大功耗在TC=25℃時(shí)，Ptot=125W。這與散熱條件有關(guān)。如果在TA=25℃，RJA=50℃/W的條件下（即散熱面積僅6cm2層敷銅層）時(shí)，其最大允許功耗僅2.5W。如果要增加最大允許功耗時(shí)可增加散熱面積或采用雙層銅層的PCB；

7. 該MOSFET的輸出特性如圖3所示，轉(zhuǎn)移特性如圖4所示。

圖3 輸出特性

圖4 轉(zhuǎn)移特性

滿(mǎn)足同步整流的工作安全

在同步整流的電路中，它由高端MOSFET（HS）及低端MOSFET（LS）組成，如圖5所示。HS及LS由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，在正常工作時(shí)：HS導(dǎo)通時(shí)，LS截止；HS截止時(shí)，LS導(dǎo)通。為防止HS沒(méi)有關(guān)斷、LS開(kāi)始導(dǎo)通的情況發(fā)生，在HS截止時(shí)有個(gè)死區(qū)時(shí)間后LS才導(dǎo)通。

圖5 同步整流電路

由于MOSFET管內(nèi)存在極間電容Cgd及Cgs，在HS開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)，有電流Icgd流經(jīng)Cgd、經(jīng)過(guò)Rgate+Rdrive后到地而產(chǎn)生一個(gè)△VGS、△VGS=(Rgate+Rdrive)×Icgd，如果△VGS大于LS的VGS（th），則可能使LS導(dǎo)通，即產(chǎn)生HS及LS都導(dǎo)通的情況，這將使MOSFET造成損壞。若LS中的Cgd和Cgs的比值Cgd/Cgs≤1時(shí)，這種HS及LS同時(shí)導(dǎo)通的事故可避免。BSCO16NO3LSG在工藝上可做到Cgd/Cgs≈0.48的最佳比值，使同步整流的工作很安全（資料中給出Qgd典型值為10nC，Qgs典型值為21nC，其比值為0.476）。

引腳排列

該MOSFET采用散熱良好、熱阻RJC小的PG—TDSON—8封裝，其引腳排列如圖6所示。為保證良好散熱，在印制板設(shè)計(jì)時(shí)，4個(gè)漏極并聯(lián)引腳D的焊盤(pán)與其背面散熱墊的焊接面連接在一起，3個(gè)源極并聯(lián)的焊盤(pán)尺寸也盡量的大，有利于散熱。一種印制板圖形設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖6 引腳排列

圖7 一種印制板圖形設(shè)計(jì)