資深工程師分享對(duì) MOSFET 規(guī)格書/datasheet 的理解和一些觀點(diǎn)資料下載

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)表過各種牛貼，我也不敢在這些方面再多說些什么了。 工程師們要選用某個(gè)型號(hào)的 MOSFET，首先要看的就是規(guī)格書/datasheet，拿到 MOSFET 的規(guī)格書/datasheet 時(shí)，我們要怎么去理解那十幾頁到幾十頁的內(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/datasheet 的理解和一些觀點(diǎn)，有什么錯(cuò)誤、不當(dāng)?shù)牡胤秸?qǐng)大家指出，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/datasheet 統(tǒng)一稱為 datasheet 2. 本帖中有關(guān) MOSFET datasheet 的數(shù)據(jù)截圖來自英飛凌 IPP60R190C6 datasheet 1、VDS Datasheet 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600V MOSFET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=25℃的值，也就是只有在Tj=25℃時(shí)，MOSFET上電壓不超過600V才算是工作在安全狀態(tài)。 MOSFET V(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(Table 17)，如下： 要是電源用在寒冷的地方，環(huán)境溫度低到-40℃甚至更低的話，MOSFET V(BR)DSS值<560V，這時(shí)候600V就已經(jīng)超過MOSFET耐壓了。 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)MOSFET V(BR)DSS值變小了，另外一點(diǎn)是為了應(yīng)對(duì)各種惡例條件下開關(guān)機(jī)的VDS電壓尖峰。 2、ID 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)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)帶來額外的寄生電感、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)勢了 2). 結(jié)溫：MOSFET 的最高結(jié)溫 Tj_max=150℃，超過此溫度會(huì)損壞 MOSFET，實(shí)際使用中建議不要超過 70%~90% Tj_max. 回到正題，MOSFET ID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通過電流ID產(chǎn)生的損耗 (1), (2)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） 3、Rds(on) 從MOSFET Rds(on)與Tj的圖表中可以看到：Tj增加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。 4、Vgs(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？(下面兩圖分別來自BSC010NE2LS和IPP075N15N3 G datasheet.) 相信會(huì)有很多人沒有注意到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MOSFET的Vgs(th)在常溫時(shí)就很低，比如BSC010NE2LS的Vgs(th)是1.2V~2V，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??！ 5、Ciss, Coss, Crss MOSFET 帶寄生電容的等效模型 Ciss=Cgd Cgs, Coss=Cgd Cds, Crss=Cgd Ciss, 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，但過小的死區(qū)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn) ZVS。因此選擇在 VDS 在低壓時(shí) Coss 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。