帶你讀懂MOS管參數(shù)「熱阻、輸入輸出電容及開關(guān)時(shí)間」

我們打開一個(gè)MOS管的SPEC，會(huì)有很多電氣參數(shù)，今天說一說熱阻、電容和開關(guān)時(shí)間這三個(gè)。

熱阻，英文Thermal resistance，指的是當(dāng)有熱量在物體上傳輸時(shí)，在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值，單位是℃/W或者是K/W。

半導(dǎo)體散熱的三個(gè)途徑，封裝頂部到空氣，封裝底部到電路板，封裝引腳到電路板。

結(jié)到空氣環(huán)境的熱阻用ThetaJA表示，ThetaJA = (T_j-T_a)/P

其中T_j為芯片結(jié)溫，T_a為芯片環(huán)境溫度，如下圖所示。

還有一些其他的熱阻參數(shù)如下：

ThetaJC=(T_j-T_c)/P，結(jié)到封裝外殼的熱阻，一般而言是到封裝頂部的熱阻，所以一般的，ThetaJC=ThetaJT

ThetaJB=(T_j-T_b)/P，結(jié)到PCB的熱阻。

ThetaJA參數(shù)綜合了Die的大小, 封裝方式，填充材料，封裝材料，引腳設(shè)計(jì)，外部散熱片和外部電路板的屬性多個(gè)因素，綜合來講ThetaJA和用的器件以及PCB設(shè)計(jì)有關(guān)。ThetaJC和ThetaJB這2個(gè)參數(shù)是表征芯片和封裝本身的，不會(huì)隨著芯片封裝外部環(huán)境的改變而改變。

熱阻和以下幾個(gè)參數(shù)比較緊密相關(guān)。

Power dissipation：功率損耗，指的是NMOS消耗功率不能超過150mW，否則可能損壞MOS管。

Junction temperature：結(jié)溫，結(jié)面溫度，指的是NMOS最高結(jié)溫不能超過150℃。

Thermal resistance：如下的833℃/W指的是NMOS結(jié)面相對(duì)于環(huán)境溫度的熱阻是833℃/W，假如器件消耗的功率是1W，那溫升就是833℃。

當(dāng)NMOS工作在最大功率150mW，那NMOS結(jié)到空氣的溫度就是：150/1000*833≈125℃，芯片結(jié)溫就是125+25=150℃。

再看一下MOS管的電容。

輸入電容C_iss，指的是DS短接，用交流信號(hào)測(cè)得的GS之間的電容，C_iss由GS電容和GD電容并聯(lián)而成，即C_iss=C_gs+C_gd，當(dāng)輸入電容充電至閾值電壓，MOS管才打開，放電至一定的值，MOS管才關(guān)閉，所以C_iss和MOS管的開啟關(guān)閉時(shí)間有很大的關(guān)系。

輸出電容C_oss，指的是GS短接，用交流信號(hào)測(cè)得的DS之間的電容，C_oss由GD電容和DS電容并聯(lián)而成，即C_oss=C_gd+C_ds

反向傳輸電容C_rss，指的是S接地，GD之間的電容，即C_rss=C_gd

MOS管關(guān)閉下，C_gs要比C_gd大得多，C_gd=1.7pF，那C_gs=7.1-1.7=5.4pF。

從SPEC給的圖看，3個(gè)電容的大小和DS電壓有很大關(guān)系，尤其是C_oss和C_rss

有的一些MOS管SPEC中還有如下的Q_g、Q_gs、G_gd，指的是充滿這些電容所需要的電荷數(shù)，所需要的充電電荷數(shù)越少，MOS管開關(guān)速度就越快。

MOS管關(guān)閉下，C_gs要比C_gd大的多，但是發(fā)現(xiàn)Q_gd比Q_gs大得多，這是受到米勒電容的影響。

結(jié)合一下圖片理解MOS管的開關(guān)時(shí)間。

最左邊綠色部分，ID和UD幾乎不變，因?yàn)檫@時(shí)候UGS沒有上升到閾值電壓，MOS管是關(guān)閉狀態(tài)，把UGS從0增大到閾值電壓前這段時(shí)間叫Turn-on delay time。

緊接著紫色部分，當(dāng)UGS上升到閾值電壓后，隨著UGS再繼續(xù)增大，ID也逐漸增大，UD逐漸減小，直到ID到最大值，UD到最小值，這段時(shí)間叫Rise time。

同理，MOS管在關(guān)閉時(shí)，UGS沒有下降到閾值電壓，ID和UD都是不變的，把UGS下降到閾值電壓前這段時(shí)間叫Turn-off delay time。

隨著UGS逐漸減小，ID減小到最小值，UD增大到最大值，這段時(shí)間叫Fall time。

那為什么要了解MOS管的電容和開關(guān)時(shí)間呢？當(dāng)MOS管用在對(duì)開關(guān)速度有要求的電路中，可能會(huì)因?yàn)镸OS管的開關(guān)時(shí)間過慢，導(dǎo)致通信失敗。