1、如何看懂MOSFET規(guī)格書(shū)作為一個(gè)電源方面的工程師、技術(shù)人員，相信大家對(duì)MOSFET都不會(huì)陌生。在電源論壇中，關(guān)于MOSFET的帖子也應(yīng)有盡有：MOSFET結(jié)構(gòu)特點(diǎn)/工作原理、MOSFET驅(qū)動(dòng)技術(shù)、MOSFET選型、MOSFET損耗計(jì)算等，論壇高手、大俠們都發(fā)表過(guò)各種牛貼，我也不敢在這些方面再多說(shuō)些什么了。工程師們要選用莫個(gè)型號(hào)的MOSFET,首先要看的就是規(guī)格書(shū)/datasheet,拿至fjMOSFET的規(guī)格書(shū)/datasheet時(shí)，我們要怎么去理解那十幾頁(yè)到幾十頁(yè)的內(nèi)容呢？本帖的目的就是為了和大家分享一下我對(duì)MOSFET規(guī)格書(shū)/datasheet的理解和一些觀點(diǎn)，有什么錯(cuò)誤、不當(dāng)?shù)牡胤秸?qǐng)大

2、家指由，也希望大家分享一下自己的一些看法，大家一起學(xué)習(xí)。PS:1,后續(xù)內(nèi)容中規(guī)格書(shū)/datasheet統(tǒng)一稱為datasheet2.本帖中有關(guān)MOSFETdatasheet的數(shù)據(jù)截圖來(lái)自英飛凌IPP60R190C6datasheetlVDSDatasheet上電氣參數(shù)第一個(gè)就是V(BR)DSS,即DS擊穿電壓，也就是我們關(guān)心的MOSFET的耐壓此處V(BR)DSS的最小值是600V,是不是表示設(shè)計(jì)中只要MOSFET上電壓不超過(guò)600VMOSFET就能工作在安全狀態(tài)？相信很多人的答案是“是！”，曾經(jīng)我也是這么認(rèn)為的,但這個(gè)正確答案是“不是！”這個(gè)參數(shù)是有條件的，這個(gè)最小值600V是在Tj=25C

3、的值，也就是只有在Tj=25C時(shí)，MOSFET上電壓不超過(guò)600V才算是工作在安全狀態(tài)。MOSFETV(BR)DSS是正溫度系數(shù)的，其實(shí)datasheet上有一張V(BR)DSS與Tj的關(guān)系圖(Table17),如下：要是電源用在寒冷的地方，環(huán)境溫度低到-40C甚至更低的話，MOSFETV(BR)DSS值所以在MOSFET使用中，我們都會(huì)保留一定的VDS的電壓裕量，其中一點(diǎn)就是為了考慮到低溫時(shí)MOSFETV(BR)DSS值變小了，另外一點(diǎn)是為了應(yīng)對(duì)各種惡例條件下開(kāi)關(guān)機(jī)的VDS電壓尖峰。2ID相信大家都知道MOSFET最初都是按xA,xV的命名方式(比如20N60)，慢慢的都轉(zhuǎn)變成Rds(on)

4、和電壓的命名方式(比如IPx60R190C6,190就是指Rds(on).其實(shí)從電流到Rds(on)這種命名方式的轉(zhuǎn)變就表明ID和Rds(on)是有著直接聯(lián)系的，那么它們之間有什么關(guān)系呢？在說(shuō)明ID和Rds(on)的關(guān)系之前，先得跟大家聊聊封裝和結(jié)溫：1).封裝：影響我們選擇MOSFET的條件有哪些？a)功耗跟散熱性能->比如：體積大的封裝相比體積小的封裝能夠承受更大的損耗；鐵封比塑封的散熱性能更好.b)對(duì)于高壓MOSFET還得考慮爬電距離->高壓的MOSFET就沒(méi)有SO-8封裝的，因?yàn)镚/D/S間的爬電距離不夠c)對(duì)于低壓MOSFET還得考慮寄生參數(shù)->引腳會(huì)帶來(lái)額外的寄生

5、電感、電阻，寄生電感往往會(huì)影響到驅(qū)動(dòng)信號(hào)，寄生電阻會(huì)影響到Rds(on)的值d)空間/體積->對(duì)于一些對(duì)體積要求嚴(yán)格的電源，貼片MOSFET就顯得有優(yōu)勢(shì)了2).結(jié)溫：MOSFET的最高結(jié)溫Tj_max=150C,超過(guò)此溫度會(huì)損壞MOSFET,實(shí)際使用中建議不要超過(guò)70%90%Tj_max.回到正題，MOSFETID和Rds(on)的關(guān)系：(1)封裝能夠承受的損耗和封裝的散熱性能(熱阻)之間的關(guān)系(2)MOSFET通過(guò)電流ID產(chǎn)生的損耗(1),聯(lián)立，計(jì)算得到ID和Rds_on的關(guān)系今天看到一篇文檔，上面有提到MOSFET的壽命是跟溫度有關(guān)的。(下圖紅色框中)3Rds(on)從MOSFETR

6、ds(on)與Tj的圖表中可以看到：Tj增力口Rds(on)增大，即Rds(on)是正溫度系數(shù)，MOSFET的這一特性使得MOSFET易于并聯(lián)使用。4Vgs(th)相信這個(gè)值大家都熟悉，但是Vgs(th)是負(fù)溫度系數(shù)有多少人知道，你知道嗎？(下面兩圖分別來(lái)自BSC010NE2LS和IPP075N15N3Gdatasheet.心目信會(huì)有很多人沒(méi)有注意到Vgs(th)的這一特性，這也是正常的，因?yàn)楦邏篗OSFET的datasheet中壓根就沒(méi)有這個(gè)圖，這一點(diǎn)可能是因?yàn)楦邏篗OSFET的Vgs(th)值一般都是2.5V以上，高溫時(shí)也就到2V左右。但對(duì)于低壓MOSFET就有點(diǎn)不一樣了，很多低壓MOSF

7、ET的Vgs(th)在常溫時(shí)就很低，比如BSC010NE2LS的Vgs(th)是1.2V2V,高溫時(shí)最低都要接近0.8V了，這樣只要在Gate有一個(gè)很小的尖峰就可能誤觸發(fā)MOSFET開(kāi)啟從而引起整個(gè)電源系統(tǒng)異常。所以，低壓MOSFET使用時(shí)一定要留意Vgs(th)的這個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的特性！5Ciss,Coss,CrssMOSFET帶寄生電容的等效模型Ciss=Cgd+Cgs,Coss=Cgd+Cds,Crss=CgdCiss,Coss,Crss的容值都是隨著VDS電壓改變而改變的，如下圖：在LLC拓?fù)渲校瑴p小死區(qū)時(shí)間可以提高效率，但過(guò)小的死區(qū)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)ZVS。因此選擇在VDS在低壓時(shí)Co

8、ss較小的MOSFET可以讓LLC更加容易實(shí)現(xiàn)ZVS,死區(qū)時(shí)間也可以適當(dāng)減小，從而提升效率。6Qg,Qgs,Qgd從此圖中能夠看由：1.Qg并不等于Qgs+Qgd!2.Vgs高，Qg大，而Qg大，驅(qū)動(dòng)損耗大7SOASOA曲線可以分為4個(gè)部分：1).Rds_on的限制，如下圖紅色線附近部分此圖中：當(dāng)VDS=1V時(shí)，Y軸對(duì)應(yīng)的ID為2A,Rds=VDS/ID=0.5R=>Tj=150C時(shí)，Rds(on)約為0.5R.當(dāng)VDS=10V時(shí)，Y軸對(duì)應(yīng)的ID為20A,Rds=VDS/ID=0.5R=>Tj=150C時(shí)，Rds(on)約為0.5R.所以，此部分曲線中，SOA表現(xiàn)為Tj_max時(shí)R

9、DS(on)的限制.MOSFETdatasheet上往往只有Tc=25和80C時(shí)的SOA，但實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)剛好就是在Tc=25或者80C,這時(shí)候就得想辦法把25c或者80c時(shí)的SOA轉(zhuǎn)換成實(shí)際Tc時(shí)的曲線。怎樣轉(zhuǎn)換呢？有興趣的可以發(fā)表一下意見(jiàn).2).最大脈沖電流限制，如下圖紅色線附近部分此部分為MOSFET的最大脈沖電流限制，此最大電流對(duì)應(yīng)ID_pulse.3).VBR(DSS)擊穿電壓限制，如下圖紅色線附近部分此部分為MOSFETVBR(DSS)的限制，最大電壓不能超過(guò)VBR(DSS)=>所以在雪崩時(shí)，SOA圖是沒(méi)有參考意義的4).器件所能夠承受的最大的損耗限制，如下圖紅色線附近部分上

10、述曲線是怎么來(lái)的？這里以圖中紅線附近的那條線(10us)來(lái)分析。上圖中，1處電壓、電流分別為：88V,59A,2處電壓、電流分別為：600V,8.5A。MOSFET要工作在SOA,即要讓MOSFET的結(jié)溫不超過(guò)Tj_max(150C),Tj_max=Tc+PD*ZthJC,ZthJC為瞬態(tài)熱阻.SOA圖中，D=0,即為singlepulse,紅線附近的那條線上時(shí)間是10us即10A-5s,從瞬態(tài)熱阻曲線上可以得到ZthJC=2.4*10A-2從以上得到的參數(shù)可以計(jì)算由：1處的Tj約為：25+88*59*2.4*10A-2=149.6C2處的Tj約為：25+600*8.5*2.4*10A-2=1

11、47.4CMOSFETdatasheet上往往只有Tc=25和80c時(shí)的SOA,但實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)剛好就是在Tc=25或者80C,這時(shí)候就得想辦法把25c或者80c時(shí)的SOA轉(zhuǎn)換成實(shí)際Tc時(shí)的曲線。怎樣轉(zhuǎn)換呢？有興趣的可以發(fā)表一下意見(jiàn)把25c時(shí)的SOA轉(zhuǎn)換成100c時(shí)的曲線：1).在25c的SOA上任意取一點(diǎn)，讀生VDS,ID,時(shí)間等信息如上圖，1處電壓、電流分別為：88V,59A,tp=10us計(jì)算由對(duì)應(yīng)的功耗：PD=VDS*ID=88*59=5192(a)PD=(Tj_max-Tc)/ZthJC->此圖對(duì)應(yīng)為Tc=25C(b)(a),(b)聯(lián)立，可以求得ZthJC=(Tj_max-25

12、)/PD=0.0242).對(duì)于同樣的tp的SOA線上，瞬態(tài)熱阻ZthJC保持不變，Tc=100C,ZthJC=0.024.3).上圖中1點(diǎn)電壓為88V,Tc=100C時(shí)，PD=(Tj_max-100)/ZthJC=2083從而可以算由此時(shí)最大電流為I=PD/VDS=2083/88=23.67A4).同樣的方法可以算由電壓為600V,Tc=100C時(shí)的最大電流5).把電壓電流的坐標(biāo)在圖上標(biāo)由來(lái)，可以得到10us的SOA線，同樣的方法可以得到其他tp對(duì)應(yīng)的SOA(當(dāng)然這里得到的SOA還需要結(jié)合Tc=100C時(shí)的其他限制條件)這里的重點(diǎn)就是ZthJC,瞬態(tài)熱阻在同樣tp和D的條件下是一樣的，再結(jié)合功

13、耗，得到不同電壓條件下的電流另外一個(gè)問(wèn)題，ZthJC/瞬態(tài)熱阻計(jì)算：1.當(dāng)占空比D不在ZthJC曲線中時(shí)，怎么計(jì)算？2.當(dāng)tp1).當(dāng)占空比D不在ZthJC曲線中時(shí)：(其中，SthJC(t)是singlepulse對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)熱阻）2.當(dāng)tp8AvalancheEAS:單次雪崩能量，EAR:重復(fù)雪崩能量，IAR:重復(fù)雪崩電流雪崩時(shí)VDS,ID典型波形：上圖展開(kāi)后，如下：MOSFET雪崩時(shí)，波形上一個(gè)顯著的特點(diǎn)是VDS電壓被鉗位，即上圖中VDS有一個(gè)明顯的平臺(tái)MOSFET雪崩的產(chǎn)生：在MOSFET的結(jié)構(gòu)中，實(shí)際上是存在一個(gè)寄生三極管的，如上圖。在MOSFET的設(shè)計(jì)中也會(huì)采取各種措施去讓寄生三極管不

14、起作用，如減小P+Body中的橫向電阻RB。正常情況下，流過(guò)RB的電流很小，寄生三極管的VBE約等于0,三極管是處在關(guān)閉狀態(tài)。雪崩發(fā)生時(shí)，如果流過(guò)RB的雪崩電流達(dá)到一定的大小，VBE大于三極管VBE的開(kāi)啟電壓，寄生三極管開(kāi)通，這樣將會(huì)引起MOSFET無(wú)法正常關(guān)斷，從而損壞MOSFETo因此，MOSFET的雪崩能力主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：1.最大雪崩電流=>IAR2.MOSFET的最大結(jié)溫Tj_max=>EAS、EAR雪崩能量引起發(fā)熱導(dǎo)致的溫升1）單次雪崩能量計(jì)算：上圖是典型的單次雪崩VDS,ID波形，對(duì)應(yīng)的單次雪崩能量為：其中，VBR=1.3BVDSS,L為提供雪崩能量的電感雪崩能

15、量的典型測(cè)試電路如下：計(jì)算由來(lái)EAS后，對(duì)比datasheet上的EAS值，若在datasheet的范圍內(nèi)，則可認(rèn)為是安全的（當(dāng)然前提是雪崩電流同時(shí)，還得注意，EAS隨結(jié)溫的增加是減小的，如下圖：2）重復(fù)雪崩能量EAR:上圖為典型的重復(fù)雪崩波形，對(duì)應(yīng)的重復(fù)雪崩能量為：其中，VBR=1.3BVDSS.計(jì)算由來(lái)EAR后，對(duì)比datasheet上的EAR值，若在datasheet的范圍內(nèi)，則可認(rèn)為是安全的（此處默認(rèn)重復(fù)雪崩電流同時(shí)也得考慮結(jié)溫的影響9體內(nèi)二極管參數(shù)VSD,二極管正向壓降=>這個(gè)參數(shù)不是關(guān)注的重點(diǎn),trr,二極管反向回復(fù)時(shí)間=>越小越好，Qrr,反向恢復(fù)電荷=>Qrr

16、大小關(guān)系到MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗，越小越好，trr越小此值也會(huì)小10不同拓?fù)銶OSFET的選擇針對(duì)不同的拓?fù)洌瑢?duì)MOSFET的參數(shù)有什么不同的要求呢？怎么選擇適合的MOSFET?歡迎大家發(fā)表意見(jiàn)，看法1）,反激：反激由于變壓器漏感的存在，MOSFET會(huì)存在一定的尖峰，因此反激選擇MOSFET時(shí)，我們要注意耐壓值。通常對(duì)于全電壓的輸入，MOSFET耐壓（BVDSS）得選600V以上，一般會(huì)選擇650V。若是QR反激，為了提高效率，我們會(huì)讓MOSFET開(kāi)通時(shí)的谷底電壓盡量低，這時(shí)需要取稍大一些的反射電壓，這樣MOSFET的耐壓值得選更高，通常會(huì)選擇800VMOSFETo2）,PFC、雙管正激等硬開(kāi)關(guān)：a）對(duì)于PFC、雙管正激等常見(jiàn)硬開(kāi)關(guān)拓?fù)洌琈OSFET沒(méi)有像反激那么高的VDS尖峰，通常MOSFET耐壓可以選500V,600V。b）硬開(kāi)關(guān)拓?fù)銶OSFET存在較大的開(kāi)關(guān)損耗，為了降低開(kāi)關(guān)損耗，我們可以選擇開(kāi)關(guān)更快的MOSFETo而Qg的大小直接影響到MOSFET的開(kāi)關(guān)速度，選擇較小Qg的MOSFET有利于減小硬開(kāi)關(guān)拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)損耗3) .LLC諧振、移相全橋等軟開(kāi)關(guān)拓?fù)洌篖LC、移相全橋等軟開(kāi)關(guān)拓?fù)涞能涢_(kāi)關(guān)是通過(guò)諧振，在MOSFET