MOS規(guī)格書的選型及應(yīng)用

我們這里當(dāng)然不是說規(guī)格書在挖坑，規(guī)格書的數(shù)據(jù)都是用儀器一個(gè)個(gè)測出來的，是剛正不阿的存在！

規(guī)格書的數(shù)據(jù)測試是遵循特定的標(biāo)準(zhǔn)的，之所以遵循這些標(biāo)準(zhǔn)來測試，是因?yàn)樽鳛橐粋€(gè)規(guī)格書，必須規(guī)定一個(gè)測試標(biāo)準(zhǔn)，讓不同的人在不同的時(shí)候測出的數(shù)據(jù)是一樣的。而電源的設(shè)計(jì)對MOS的要求是五花八門的，所以，在參看MOSFET規(guī)格書的時(shí)候，要“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”，才能找到適合你產(chǎn)品需求的MOSFET。 那就讓我們一起來看看這些主要的參數(shù)吧。

BVDSS

這個(gè)參數(shù)太明顯了，明顯到你不想看它都能跳進(jìn)你的眼里，因?yàn)樗鼰o論在電流命名的規(guī)則還是Ron命名的規(guī)則里都會出現(xiàn)在型號里。但是你知道它的測試條件嗎？首先看看艾睿代理的幾家MOSFET正規(guī)大廠家的規(guī)格書：

英飛凌

ST

onsemi

看到了，BV值是在VGS=0的情況下，漏極流過250uA(或者其它比如1mA)，MOSFET不發(fā)生雪崩的情況下測得的值。緊接著，在很多廠家的規(guī)格書可以看到這一項(xiàng)： ? 或者是后面看到這樣的曲線：（下圖曲線的BV是歸一化后的，即相對于25°C結(jié)溫的倍數(shù)） ? 這說明，BV值是隨著結(jié)溫的升高而增加的，通常電路系統(tǒng)正常工作的時(shí)候，結(jié)溫肯定是大于25°C的，很多都在100°以上。所以實(shí)際BV值可能在標(biāo)稱BV的1.1倍左右。 ?

ID

關(guān)于這個(gè)參數(shù)，我很想保持沉默，因?yàn)槲矣X得，規(guī)格書上的這個(gè)標(biāo)稱參數(shù)，對于實(shí)際應(yīng)用來說，幾乎沒有什么參考意義。

可能有的剛?cè)胄械男』锇樵谶x型的時(shí)候，會計(jì)算電路系統(tǒng)工作中的最大電流，然后做一定的降額，得到一個(gè)電流的ID值作為選型的參考。其實(shí)這個(gè)思路是不科學(xué)的。 首先，我們看看大廠商的規(guī)格書，關(guān)于ID的項(xiàng)目： ? 看到標(biāo)紅圈圈的地方了嗎？ ? 1.?Tj=25°C，除非無特殊說明。如果這項(xiàng)測試需要MOS工作起來，那么Tj=25°C如何保證，并且隨著測試時(shí)間的延長，Tj會越來越高。實(shí)際電路系統(tǒng)中Tj也不可能是25°C。 2.?Tc=25°C，器件case溫度為25°C。實(shí)際的系統(tǒng)應(yīng)用中，電路腔體內(nèi)的溫度都不太可能是25°C，更何況器件CASE。 3. Limited by?Tjmax?這句話，通常用小一號字體在table的下面低調(diào)的標(biāo)出?？吹?jīng)]，真正有用的一句話，在角落里。 ? 所以，關(guān)于規(guī)格書中的標(biāo)稱電流ID，看看就好了，別太認(rèn)真。 ?

RDS(ON)

大家都知道MOSFET完全導(dǎo)通之后相當(dāng)于一個(gè)電阻，它在工作中并非一成不變的量。例如，某廠家標(biāo)稱為380mΩ的器件，在規(guī)格書的標(biāo)稱值中如下標(biāo)識：

? 可見，380mΩ只是ID=3.2A，Tj=25°C時(shí)候的，實(shí)際在電路系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，Tj會在100°C以上，后面的曲線中可以看到：隨著MOS的結(jié)溫升高，RDS(ON)也會增加，這也是它的正溫度系數(shù)特性。隨著ID的增加，RDS(ON)的值也會增加。所以在查看RDS(ON)的時(shí)候，應(yīng)該考慮電流和結(jié)溫。 ? 在系統(tǒng)應(yīng)用中MOS的最大導(dǎo)通電流會被以下幾個(gè)因素決定： RDS(ON)，溫升Tj-Tc，熱阻Rthjc，器件功耗PD 根據(jù)溫升公式： ? 其中器件功耗實(shí)際中主要考慮導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗（硬開關(guān)電路），但是此處為了計(jì)算方便，考慮導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗占比各50%： ? 在規(guī)格書中可以找到，一般為150°C，CASE溫度可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要確定。 ? RDS(ON)注意要使用Tjmax對應(yīng)的電阻值，可以在規(guī)格書中查到。注意不同的封裝對應(yīng)的熱阻不一樣，可以計(jì)算出漏極電流最大有效值：

但是注意，如果軟開關(guān)電路，可以少考慮一點(diǎn)開關(guān)損耗，計(jì)算出的ID可以稍微大一些，如果硬開關(guān)電路，且開關(guān)頻率比較高，則需要多考慮一些開關(guān)損耗。

Vth

很多人其實(shí)不太關(guān)注開啟電壓Vth的值，在規(guī)格書中一般看到：

英飛凌 ? ST ? 同樣的，這個(gè)Vth是在Tj=25°C或者Tc=25°C時(shí)候測到的。但是，Vth是負(fù)溫度系數(shù)，也就是說隨著結(jié)溫的升高，Vth會下降，這就意味著，電路系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)熱后，Vth會降低，會更容易受到干擾而誤觸發(fā)。有的公司會給出Vth隨著結(jié)溫變化的曲線。見下圖：

開關(guān)時(shí)間（td(on)，tr，td(off)，tf）

規(guī)格書中給出的這組數(shù)據(jù)在系統(tǒng)應(yīng)用中可以說是最沒有什么參考意義的了，但是有一點(diǎn)，就是橫向?qū)Ρ鹊臅r(shí)候，可以粗略對比一下兩個(gè)MOS的開關(guān)速度。但是如果測試條件不同，也沒有什么意義。

首先，看下規(guī)格書中給出的測試開關(guān)時(shí)間的電路： ? 撇開圖中紅色圈圈標(biāo)出來的測試條件會明顯影響開關(guān)時(shí)間不說，說一下測試的電路。大部分廠家用的如下電路：

這個(gè)電路中MOSFET的負(fù)載是阻性負(fù)載，見紅圈所示，MOSFET帶阻性負(fù)載的時(shí)候，其開關(guān)特性表現(xiàn)為ID上升和VDS下降在同時(shí)進(jìn)行。 而在實(shí)際常用的電路系統(tǒng)中，如buck，boost，flayback等，MOSFET的負(fù)載都是感性的，見下圖： ? 而感性負(fù)載的開關(guān)過程是，開通過程中，ID先上升，然后VDS開始下降。關(guān)斷過程是VDS先上升，ID再下降。見下圖： ? 其中，米勒平臺的高度會受器件本身的跨導(dǎo)和漏極電流ID影響，米勒平臺的長度受結(jié)電容Cgd影響和VDS的大小影響。整個(gè)開關(guān)過程都會受到驅(qū)動電阻Rg（外部的和內(nèi)部的）的影響。 ?

結(jié)電容（Crss，Coss，Ciss）

這3個(gè)參數(shù)，有點(diǎn)常識的人都知道要看后面的曲線，不能看表格里面的數(shù)值，因?yàn)楸砀裰械臄?shù)值是某個(gè)VDS下的值，并沒有任何實(shí)用價(jià)值。

? 而后面的電容曲線會給出結(jié)電容隨著VDS的變化趨勢： ? 但是這個(gè)曲線在真正使用的時(shí)候也不怎么好用，畢竟像LLC或者移相全橋這種軟開關(guān)電路中，需要知道的是VDS變化過程中結(jié)電容中存儲能量或者電荷的變化量，于是有的公司的規(guī)格書中給出了兩個(gè)參數(shù)：Co(tr) 和?Co(er)。 ? Co(er)— 能量等效電容，當(dāng)VDS從0到480V (通常是80%的BVDSS)時(shí)候需要對電容儲存的能量相當(dāng)?shù)碾娙葜怠?Co(tr)— 電荷等效電容，當(dāng)VDS從0到480V 時(shí)充電時(shí)間相當(dāng)?shù)牡刃щ娙葜怠? 如果做軟開關(guān)，這兩個(gè)參數(shù)會比較有用。

雪崩能量VAR

雪崩的測試電路通常有兩種：

TESCE模式（下圖左邊，電感能量泄放經(jīng)過VDD）和ITC模式（下圖右邊，電感能量泄放不經(jīng)過VDD） ? 雪崩測試波形為：(左邊為TESEC模式，右邊為ITC模式) ? TESCE模式的雪崩能量計(jì)算為： ? ITC模式的雪崩能量計(jì)算為: ? 所以可以看出雪崩能量的大小和電感L以及雪崩電流IAS都有關(guān)系。話不多說，看下各家的規(guī)格書的測試條件（以下比較都是標(biāo)稱電流為10A，BVDSS為650V左右的超級結(jié)MOSFET）： ? 廠家一： ? 廠家二： ? 廠家三： ? 可見，不同廠家的雪崩能量不盡相同，但是它們之間可比性也不強(qiáng)，因?yàn)樗鼈兊臏y試條件不同。廠家二和廠家三只給出了電流值，只有廠家一給出了測試的電感值和電流值，但是廠家一的測試結(jié)果并沒有多出多少的參考意義，因?yàn)檫@個(gè)規(guī)格書給出的雪崩能量是僅僅是這個(gè)測試條件下的值，如果換個(gè)電感L，得到的雪崩能量并不等于表格中的值，換句話說就是，即便對于同一只MOS而言：

所以規(guī)格書中的雪崩測試數(shù)據(jù)，實(shí)際應(yīng)用的參考意義也不大。如果硬要橫向?qū)Ρ妊┍滥芰?，相同?guī)格的MOS在相同測試條件下的數(shù)據(jù)，是具備一定的比較意義的。

所以，規(guī)格書是我們選型及應(yīng)用的一把雙刃劍，用好了就能幫我們披荊斬棘，用不好可能會讓我們走很多彎路，甚至選錯料，不要掉進(jìn)規(guī)格書的“坑”，要學(xué)會利用好這把利器。