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MOS規(guī)格書的選型及應用

硬件攻城獅 ? 來源:Arrow Solution ? 作者:Arrow Solution ? 2022-10-17 14:33 ? 次閱讀

我們這里當然不是說規(guī)格書在挖坑,規(guī)格書的數(shù)據(jù)都是用儀器一個個測出來的,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準的,之所以遵循這些標準來測試,是因為作為一個規(guī)格書,必須規(guī)定一個測試標準,讓不同的人在不同的時候測出的數(shù)據(jù)是一樣的。而電源的設計對MOS的要求是五花八門的,所以,在參看MOSFET規(guī)格書的時候,要“透過現(xiàn)象看本質”,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

這個參數(shù)太明顯了,明顯到你不想看它都能跳進你的眼里,因為它無論在電流命名的規(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

c7442384-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

ST

c7688e68-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

onsemi

c77340b0-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

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: c78ca83e-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 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結溫的倍數(shù)) c79fc798-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 這說明,BV值是隨著結溫的升高而增加的,通常電路系統(tǒng)正常工作的時候,結溫肯定是大于25°C的,很多都在100°以上。所以實際BV值可能在標稱BV的1.1倍左右。 ?

ID

關于這個參數(shù),我很想保持沉默,因為我覺得,規(guī)格書上的這個標稱參數(shù),對于實際應用來說,幾乎沒有什么參考意義。

可能有的剛入行的小伙伴在選型的時候,會計算電路系統(tǒng)工作中的最大電流,然后做一定的降額,得到一個電流的ID值作為選型的參考。其實這個思路是不科學的。 首先,我們看看大廠商的規(guī)格書,關于ID的項目: c7c05d8c-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.pngc7d93e7e-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 看到標紅圈圈的地方了嗎? ? 1.?Tj=25°C,除非無特殊說明。如果這項測試需要MOS工作起來,那么Tj=25°C如何保證,并且隨著測試時間的延長,Tj會越來越高。實際電路系統(tǒng)中Tj也不可能是25°C。 2.?Tc=25°C,器件case溫度為25°C。實際的系統(tǒng)應用中,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的下面低調的標出。看到?jīng)],真正有用的一句話,在角落里。 ? 所以,關于規(guī)格書中的標稱電流ID,看看就好了,別太認真。 ?

RDS(ON)

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

c7fa4e0c-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 可見,380mΩ只是ID=3.2A,Tj=25°C時候的,實際在電路系統(tǒng)運行的時候,Tj會在100°C以上,后面的曲線中可以看到:隨著MOS的結溫升高,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)的時候,應該考慮電流和結溫。 c8059b54-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 在系統(tǒng)應用中MOS的最大導通電流會被以下幾個因素決定: RDS(ON)升Tj-Tc熱阻Rthjc器件功耗PD 根據(jù)溫升公式: c8c5c776-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 其中器件功耗實際中主要考慮導通損耗和開關損耗(硬開關電路),但是此處為了計算方便,考慮導通損耗和開關損耗占比各50%: c8da130c-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 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)設計需要確定。 ? RDS(ON)注意要使用Tjmax對應的電阻值,可以在規(guī)格書中查到。注意不同的封裝對應的熱阻不一樣,可以計算出漏極電流最大有效值: c8e006fe-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

但是注意,如果軟開關電路,可以少考慮一點開關損耗,計算出的ID可以稍微大一些,如果硬開關電路,且開關頻率比較高,則需要多考慮一些開關損耗。

Vth

很多人其實不太關注開啟電壓Vth的值,在規(guī)格書中一般看到:

英飛凌 c8f34962-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? ST c90979e4-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 同樣的,這個Vth是在Tj=25°C或者Tc=25°C時候測到的。但是,Vth是負溫度系數(shù),也就是說隨著結溫的升高,Vth會下降,這就意味著,電路系統(tǒng)運行發(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隨著結溫變化的曲線。見下圖: c9259e9e-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

開關時間(td(on),tr,td(off),tf

規(guī)格書中給出的這組數(shù)據(jù)在系統(tǒng)應用中可以說是最沒有什么參考意義的了,但是有一點,就是橫向對比的時候,可以粗略對比一下兩個MOS的開關速度。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時間的電路: c96889b6-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 撇開圖中紅色圈圈標出來的測試條件會明顯影響開關時間不說,說一下測試的電路。大部分廠家用的如下電路:

c997d5e0-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

這個電路中MOSFET的負載是阻性負載,見紅圈所示,MOSFET帶阻性負載的時候,其開關特性表現(xiàn)為ID上升和VDS下降在同時進行。 而在實際常用的電路系統(tǒng)中,如buck,boost,flayback等,MOSFET的負載都是感性的,見下圖: c9b602ea-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 而感性負載的開關過程是,開通過程中,ID先上升,然后VDS開始下降。關斷過程是VDS先上升,ID再下降。見下圖: c9ca8724-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 其中,米勒平臺的高度會受器件本身的跨導和漏極電流ID影響,米勒平臺的長度受結電容Cgd影響和VDS的大小影響。整個開關過程都會受到驅動電阻Rg(外部的和內(nèi)部的)的影響。 ?

電容(Crss,Coss,Ciss)

這3個參數(shù),有點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,因為表格中的數(shù)值是某個VDS下的值,并沒有任何實用價值。

ca706a22-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 而后面的電容曲線會給出結電容隨著VDS的變化趨勢: ca7e14a6-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 但是這個曲線在真正使用的時候也不怎么好用,畢竟像LLC或者移相全橋這種軟開關電路中,需要知道的是VDS變化過程中結電容中存儲能量或者電荷的變化量,于是有的公司的規(guī)格書中給出了兩個參數(shù):Co(tr) 和?Co(er)。 caa10e70-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? Co(er)— 能量等效電容,當VDS從0到480V (通常是80%的BVDSS)時候需要對電容儲存的能量相當?shù)碾娙葜怠?Co(tr)— 電荷等效電容,當VDS從0到480V 時充電時間相當?shù)牡刃щ娙葜怠? 如果做軟開關,這兩個參數(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) cab310f2-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 雪崩測試波形為:(左邊為TESEC模式,右邊為ITC模式) cad17a88-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? TESCE模式的雪崩能量計算為: cae5cd44-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? ITC模式的雪崩能量計算為: cafa0818-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 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(以下比較都是標稱電流為10A,BVDSS為650V左右的超級結MOSFET): ? 廠家一: cb0bc332-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 廠家二: cb36ef26-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 廠家三: cb60bd1a-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.pngcb6bd326-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png ? 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,因為它們的測試條件不同。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果并沒有多出多少的參考意義,因為這個規(guī)格書給出的雪崩能量是僅僅是這個測試條件下的值,如果換個電感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: cb87a4ca-4de2-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

所以規(guī)格書中的雪崩測試數(shù)據(jù),實際應用的參考意義也不大。如果硬要橫向對比雪崩能力,相同規(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,不要掉進規(guī)格書的“坑”,要學會利用好這把利器。

審核編輯:彭靜
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原文標題:MOSFET選型,別掉進規(guī)格書的“坑”

文章出處:【微信號:mcu168,微信公眾號:硬件攻城獅】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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