具有高電流要求的應用，例如電池隔離和電機驅動，需要仔細考慮設計要求。了解電路設計中的最大額定值對于從功率 MOSFET 獲得最佳性能并在所需的工作壽命期間保持器件可靠性非常重要。不得超過最大額定值，以保證設備的使用壽命和可靠性。

使用低壓 (<100-V) MOSFET 的現代電子產品在汽車和工業應用中對高功率的需求不斷增加。對于電機驅動等應用，以千瓦為單位的功率輸出現在是一個非常普遍的要求。結合當今的模塊空間限制，這意味著處理更多功率的需求正在傳遞給組件，尤其是 MOSFET。

在Nexperia 的 Power Live Event期間，Nexperia 的應用工程師 Stein Hans Nesbakk 和國際產品營銷經理 Steven Waterhouse 強調需要正確評估漏極電流以及可能使用保護電路來補償高電流事件，從而提供高度可靠的產品。功率 MOSFET 數據表中指示的漏極電流 (I _D ) 限制是此類需要管理非常高電流的高功率應用中最重要的參數之一。

I _D評級

MOSFET 具有三個端子：柵極、源極和漏極。電流可以通過這些端子中的任何一個流動，這些端子標記為 I _G、I _S和 I _D。工程師和電氣設計師必須徹底了解基本功能、約束和環境條件，才能為應用選擇合適的 MOSFET。

I _D是 MOSFET 在 T _mb = 25°C 和芯片在最大結溫下完全增強時可以承受的最大連續漏源電流。正如發言者指出的那樣，它是一個單一參數，但包含熱性能、溫度額定值、R _DS(on)、硅芯片電阻和封裝電阻。MOSFET 可以實現的最大電流主要來自 MOSFET 的最大功率容限。計算最大連續電流時，必須使用最大穩態功率。如果我們定義 T _mb = 25°C，T _j(max) = 175°C，并且 R _th(j-mb) = (0.4 K/W max)，我們可以計算最大功率如下：

計算此最大功率余量所需的關鍵參數是芯片與安裝底座之間的熱阻抗 Z _th(j-mb)（圖 1）以及芯片與安裝底座之間的熱阻 R _th(j-mb)。R _th(j-mb)是熱阻，是指達到穩態條件（也稱為直流條件）的熱響應。

圖 1：MOSFET 內部和外部的熱阻（來源：Nexperia）

?_{第（J-mb）個}是從結點到安裝底座的熱阻。從結點到安裝底座的瞬態熱阻是脈沖持續時間的函數，如圖 2 所示。可以看出，MOSFET 熱響應類似于 RC 網絡電響應。其熱阻取決于傳遞的脈沖類型（具有不同占空比的單次或重復 PWM 脈沖），對于超過 10 毫秒的脈沖，曲線在 100 毫秒后開始趨于平穩，如圖所示。據說此時 MOSFET 已達到熱穩定性。因此，從 MOSFET 的角度來看，它處于熱直流狀態。盡管熱阻在 0.1 秒后穩定下來，但 Nexperia 在實驗室中對所有 MOSFET 進行了 30 秒或更長時間的測試。175°C 溫度是指 MOSFET 的結溫，_j . 所有 MOSFET 都必須在該溫度以下工作。P _(max)可以在數據表限制值表中找到。使用功率公式，我們可以計算漏極電流：

R _DS(on)是 MOSFET 的導通電阻。I _D max 可以通過考慮T _j(max)處的 R _DS(on)來計算。圖 3 中的圖表可用于計算特定溫度要求的電流。

圖 2：作為脈沖持續時間函數的從結到安裝底座的瞬態熱阻（來源：Nexperia）

圖 3：作為結溫函數的歸一化漏源導通電阻系數（來源：Nexperia）

確定理論最大_{ID 后}，必須通過測試和驗證來驗證該值。在最終確定和保護數據表中提供的 ID _(max)時，將考慮并考慮其他限制因素。在 T _j = 175°C 時，ID _(max) = 495 A 被認為是 PSMN70-40SSH 的理論容量。I _D(max)測量在實驗室中得到驗證，其中結溫確保低于 T _j(max)。電流將受到 PCB 的熱設計和工作溫度的限制。

設備在實際應用中的最大能力將取決于安裝底座 (PCB) 溫度，在數據表的情況下，這是 25°C，計算的 I _D(max)為 495 A。相同的原理可以用于計算相關溫度的應用 I _D(max)。需要注意的是，由于高電流和 MOSFET 必須在低于 Tj(max) 的條件下工作，T _mb可能會上升。

將 MOSFET 的最大結溫 T _{j 限制}為 175°C 是由 MOSFET 需要滿足的可靠性要求驅動的。因此，175°C 是 Nexperia 用于符合行業標準的 MOSFET 鑒定和壽命測試的溫度限制。所有汽車功率 MOSFET 都必須滿足 175°C 的結溫規范。

圖 4：電池隔離和電機驅動應用（來源：Nexperia）

在我_d電流最大能力成為關鍵，最需要之間的高系統電流發生，系統反應時間-更高的能力越大的安全邊際。在電子保險絲/電池隔離中，這是過流情況檢測和反應之間的時間；在電機驅動應用中，轉子鎖定和控制系統反應之間的時間變得至關重要（圖 4）。

LFPAK 封裝

MOSFET 封裝結構，無論是引線鍵合還是銅夾，都會影響電流在硅芯片中的傳播方式，以及封裝熱量，所有這些都會影響 I _D(max)能力。封裝設計還將有助于 MOSFET 的整體性能、其穩健性和可靠性等所有重要特性。

對于當今空間受限的大功率汽車和工業應用，Nexperia 認為，與舊的引線鍵合封裝（如 D2PAK）相比，LFPAK 具有更小的占地面積和更高的功率密度。它提供卓越的性能和高可靠性。

LFPAK 銅夾技術不僅有助于 MOSFET 實現更高的電流能力，其均勻的電流分布和低源極電感，還有助于 MOSFET 處理如此高的電流水平的操作。此外，銅夾的熱質量最大限度地減少了熱點的發展，從而獲得更好的雪崩能量 (E _AS ) 和線性模式 (SOA) 性能。

圖 5：LFPAK 封裝（來源：Nexperia）

審核編輯：湯梓紅