功率MOS管的參數(shù)詳細(xì)分析

第一部分 最大額定參數(shù)

最大額定參數(shù)，所有數(shù)值取得條件(Ta=25℃)

VDSS 最大漏-源電壓

在柵源短接，漏-源額定電壓(VDSS)是指漏-源未發(fā)生雪崩擊穿前所能施加的最大電壓。根據(jù)溫度的不同，實(shí)際雪崩擊穿電壓可能低于額定VDSS。關(guān)于V(BR)DSS的詳細(xì)描述請參見靜電學(xué)特性。

VGS 最大柵源電壓

VGS額定電壓是柵源兩極間可以施加的最大電壓。設(shè)定該額定電壓的主要目的是防止電壓過高導(dǎo)致的柵氧化層損傷。實(shí)際柵氧化層可承受的電壓遠(yuǎn)高于額定電壓，但是會隨制造工藝的不同而改變，因此保持VGS在額定電壓以內(nèi)可以保證應(yīng)用的可靠性。

ID - 連續(xù)漏電流

ID定義為芯片在最大額定結(jié)溫TJ(max)下，管表面溫度在25℃或者更高溫度下，可允許的最大連續(xù)直流電流。該參數(shù)為結(jié)與管殼之間額定熱阻RθJC和管殼溫度的函數(shù)：

ID中并不包含開關(guān)損耗，并且實(shí)際使用時保持管表面溫度在25℃（Tcase）也很難。因此，硬開關(guān)應(yīng)用中實(shí)際開關(guān)電流通常小于ID 額定值@TC = 25℃的一半，通常在1/3～1/4。補(bǔ)充，如果采用熱阻JA的話可以估算出特定溫度下的ID，這個值更有現(xiàn)實(shí)意義。

IDM -脈沖漏極電流

該參數(shù)反映了器件可以處理的脈沖電流的高低，脈沖電流要遠(yuǎn)高于連續(xù)的直流電流。定義IDM的目的在于：線的歐姆區(qū)。對于一定的柵-源電壓，MOSFET導(dǎo)通后，存在最大的漏極電流。如圖所示，對于給定的一個柵-源電壓，如果工作點(diǎn)位于線性區(qū)域內(nèi)，漏極電流的增大會提高漏-源電壓，由此增大導(dǎo)通損耗。長時間工作在大功率之下，將導(dǎo)致器件失效。因此，在典型柵極驅(qū)動電壓下，需要將額定IDM設(shè)定在區(qū)域之下。區(qū)域的分界點(diǎn)在Vgs和曲線相交點(diǎn)。

因此需要設(shè)定電流密度上限，防止芯片溫度過高而燒毀。這本質(zhì)上是為了防止過高電流流經(jīng)封裝引線，因?yàn)樵谀承┣闆r下，整個芯片上最“薄弱的連接”不是芯片，而是封裝引線。

考慮到熱效應(yīng)對于IDM的限制，溫度的升高依賴于脈沖寬度，脈沖間的時間間隔，散熱狀況，RDS(on)以及脈沖電流的波形和幅度。單純滿足脈沖電流不超出IDM上限并不能保證結(jié)溫不超過最大允許值?？梢詤⒖紵嵝阅芘c機(jī)械性能中關(guān)于瞬時熱阻的討論，來估計(jì)脈沖電流下結(jié)溫的情況。

PD -容許溝道總功耗

容許溝道總功耗標(biāo)定了器件可以消散的最大功耗，可以表示為最大結(jié)溫和管殼溫度為25℃時熱阻的函數(shù)。

TJ, TSTG-工作溫度和存儲環(huán)境溫度的范圍

這兩個參數(shù)標(biāo)定了器件工作和存儲環(huán)境所允許的結(jié)溫區(qū)間。設(shè)定這樣的溫度范圍是為了滿足器件最短工作壽命的要求。如果確保器件工作在這個溫度區(qū)間內(nèi)，將極大地延長其工作壽命。

EAS-單脈沖雪崩擊穿能量

如果電壓過沖值(通常由于漏電流和雜散電感造成)未超過擊穿電壓，則器件不會發(fā)生雪崩擊穿，因此也就不需要消散雪崩擊穿的能力。雪崩擊穿能量標(biāo)定了器件可以容忍的瞬時過沖電壓的安全值，其依賴于雪崩擊穿需要消散的能量。

定義額定雪崩擊穿能量的器件通常也會定義額定EAS。額定雪崩擊穿能量與額定UIS具有相似的意義。EAS標(biāo)定了器件可以安全吸收反向雪崩擊穿能量的高低。

L是電感值，iD為電感上流過的電流峰值，其會突然轉(zhuǎn)換為測量器件的漏極電流。電感上產(chǎn)生的電壓超過MOSFET擊穿電壓后，將導(dǎo)致雪崩擊穿。雪崩擊穿發(fā)生時，即使 MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài)，電感上的電流同樣會流過MOSFET器件。電感上所儲存的能量與雜散電感上存儲，由MOSFET消散的能量類似。

MOSFET并聯(lián)后，不同器件之間的擊穿電壓很難完全相同。通常情況是：某個器件率先發(fā)生雪崩擊穿，隨后所有的雪崩擊穿電流(能量)都從該器件流過。

EAR -重復(fù)雪崩能量

重復(fù)雪崩能量已經(jīng)成為“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”，但是在沒有設(shè)定頻率，其它損耗以及冷卻量的情況下，該參數(shù)沒有任何意義。散熱(冷卻)狀況經(jīng)常制約著重復(fù)雪崩能量。對于雪崩擊穿所產(chǎn)生的能量高低也很難預(yù)測。

額定EAR的真實(shí)意義在于標(biāo)定了器件所能承受的反復(fù)雪崩擊穿能量。該定義的前提條件是：不對頻率做任何限制，從而器件不會過熱，這對于任何可能發(fā)生雪崩擊穿的器件都是現(xiàn)實(shí)的。在驗(yàn)證器件設(shè)計(jì)的過程中，最好可以測量處于工作狀態(tài)的器件或者熱沉的溫度，來觀察MOSFET器件是否存在過熱情況，特別是對于可能發(fā)生雪崩擊穿的器件。

IAR - 雪崩擊穿電流

對于某些器件，雪崩擊穿過程中芯片上電流集邊的傾向要求對雪崩電流IAR進(jìn)行限制。這樣，雪崩電流變成雪崩擊穿能量規(guī)格的“精細(xì)闡述”；其揭示了器件真正的能力。

第二部分 靜態(tài)電特性

V(BR)DSS：漏-源擊穿電壓(破壞電壓)

V(BR)DSS（有時候叫做VBDSS）是指在特定的溫度和柵源短接情況下，流過漏極電流達(dá)到一個特定值時的漏源電壓。這種情況下的漏源電壓為雪崩擊穿電壓。

V(BR)DSS是正溫度系數(shù)，溫度低時V(BR)DSS小于25℃時的漏源電壓的最大額定值。在-50℃, V(BR)DSS大約是25℃時最大漏源額定電壓的90%。

VGS(th)，VGS(off)：閾值電壓

VGS(th)是指加的柵源電壓能使漏極開始有電流，或關(guān)斷MOSFET時電流消失時的電壓，測試的條件（漏極電流，漏源電壓，結(jié)溫）也是有規(guī)格的。正常情況下，所有的MOS柵極器件的閾值電壓都會有所不同。因此，VGS(th)的變化范圍是規(guī)定好的。VGS(th)是負(fù)溫度系數(shù)，當(dāng)溫度上升時，MOSFET將會在比較低的柵源電壓下開啟。

RDS(on)：導(dǎo)通電阻

RDS(on)是指在特定的漏電流（通常為ID電流的一半）、柵源電壓和25℃的情況下測得的漏-源電阻。

IDSS：零柵壓漏極電流

IDSS是指在當(dāng)柵源電壓為零時，在特定的漏源電壓下的漏源之間泄漏電流。既然泄漏電流隨著溫度的增加而增大，IDSS在室溫和高溫下都有規(guī)定。漏電流造成的功耗可以用IDSS乘以漏源之間的電壓計(jì)算，通常這部分功耗可以忽略不計(jì)。

IGSS ―柵源漏電流

IGSS是指在特定的柵源電壓情況下流過柵極的漏電流。

第三部分 動態(tài)電特性

Ciss ：輸入電容

將漏源短接，用交流信號測得的柵極和源極之間的電容就是輸入電容。Ciss是由柵漏電容Cgd和柵源電容Cgs并聯(lián)而成，或者Ciss = Cgs +Cgd。當(dāng)輸入電容充電致閾值電壓時器件才能開啟，放電致一定值時器件才可以關(guān)斷。因此驅(qū)動電路和Ciss對器件的開啟和關(guān)斷延時有著直接的影響。

Coss ：輸出電容

將柵源短接，用交流信號測得的漏極和源極之間的電容就是輸出電容。Coss是由漏源電容Cds和柵漏電容Cgd并聯(lián)而成，或者Coss = Cds +Cgd對于軟開關(guān)的應(yīng)用，Coss非常重要，因?yàn)樗赡芤痣娐返闹C振。

Crss ：反向傳輸電容

在源極接地的情況下，測得的漏極和柵極之間的電容為反向傳輸電容。反向傳輸電容等同于柵漏電容。Cres =Cgd，反向傳輸電容也常叫做米勒電容，對于開關(guān)的上升和下降時間來說是其中一個重要的參數(shù)，他還影響這關(guān)斷延時時間。電容隨著漏源電壓的增加而減小，尤其是輸出電容和反向傳輸電容。

Qgs, Qgd, 和 Qg ：柵電荷

柵電荷值反應(yīng)存儲在端子間電容上的電荷，既然開關(guān)的瞬間，電容上的電荷隨電壓的變化而變化，所以設(shè)計(jì)柵驅(qū)動電路時經(jīng)常要考慮柵電荷的影響。

Qgs從0電荷開始到第一個拐點(diǎn)處，Qgd是從第一個拐點(diǎn)到第二個拐點(diǎn)之間部分（也叫做“米勒”電荷），Qg是從0點(diǎn)到VGS等于一個特定的驅(qū)動電壓的部分。

漏電流和漏源電壓的變化對柵電荷值影響比較小，而且柵電荷不隨溫度的變化。測試條件是規(guī)定好的。柵電荷的曲線圖體現(xiàn)在數(shù)據(jù)表中，包括固定漏電流和變化漏源電壓情況下所對應(yīng)的柵電荷變化曲線。在圖中平臺電壓VGS(pl)隨著電流的增大增加的比較?。S著電流的降低也會降低）。平臺電壓也正比于閾值電壓，所以不同的閾值電壓將會產(chǎn)生不同的平臺電壓。

下面這個圖更加詳細(xì)，應(yīng)用一下：

td(on) ：導(dǎo)通延時時間

導(dǎo)通延時時間是從當(dāng)柵源電壓上升到10%柵驅(qū)動電壓時到漏電流升到規(guī)定電流的10%時所經(jīng)歷的時間。

td(off) ：關(guān)斷延時時間

關(guān)斷延時時間是從當(dāng)柵源電壓下降到90%柵驅(qū)動電壓時到漏電流降至規(guī)定電流的90%時所經(jīng)歷的時間。這顯示電流傳輸?shù)截?fù)載之前所經(jīng)歷的延遲。

tr ：上升時間

上升時間是漏極電流從10%上升到90%所經(jīng)歷的時間。

tf ：下降時間

下降時間是漏極電流從90%下降到10%所經(jīng)歷的時間。