理解功率MOSFET-数据表参数

AN11158理解功率MOSFET数据表参数修订版：3—2013年1月7日应用笔记文档信息信息内容关键词MOSFET。摘要本应用笔记描述了功率MOSFET数据手册参数的内容AN11158本文档中所有信息均受法律免责声明保护。©NXPB.V.2013.版权所有。应用笔记修订版：3—2013年1月7日2/24联系信息更多详情，请访问：欲咨询销售办事处地址，请发送电子邮件至：[e-mail]恩智浦半导体AN11158理解功率MOSFET数据表参数修订记录版本日期说明v.320130107更正了图片对照检索信息，在第10页增加了温度限定符v.220120816第二版v.120120416初版AN11158本文档中所有信息均受法律免责声明保护。©NXPB.V.2013.版权所有。应用笔记修订版：3—2013年1月7日3/24恩智浦半导体AN11158理解功率MOSFET数据表参数1.前言本用户手册解释恩智浦半导体公司的功率MOSFET数据手册中提供的参数和图表。其目标是帮助工程师确定针对特定应用的昀佳器件。必须注意所列参数的使用条件，因为它们会随器件供应商的不同而有所不同。这些条件可能会影响参数值，使得难以在不同供应商之间作出选择。整篇文档以BUK7Y12-55B数据手册举例说明。BUK7Y12-55B是一款符合汽车工业标准的器件，采用SOT669(LFPAK56)封装，额定电压为55V。该数据手册的布局代表了恩智浦功率MOSFET数据手册的一般布局情况。恩智浦功率MOSFET针对特定应用而设计。例如，当主要考虑开关损耗时，便尽可能减少开关电荷；而主要考虑导通损耗时，则尽可能降低导通电阻。2.数据手册技术部分2.1产品简介本节提供器件概览，为设计人员提供器件适用性的关键信息。简介部分描述了所用的技术，列出了关键特性和示例应用。快速参考数据表包含目标应用的更多详细信息和关键参数。有关快速参考数据表的示例，参见表1“快速参考数据”描述参数的一般格式是给出正式符号，然后给出正确参数名称。所有相关条件和信息均在参数名称后列出。参数值和数值的单位在昀后两列中输入。所有条目均符合IEC60747-8标准。有关快速参考数据参数的详细描述，参见数据手册的特性部分。以下列表介绍并解释了某些关键问题：表1.快速参考数据符号参数条件最小值典型值最大值单位VDS漏极-源极电压Tj≥25°C；Tj≤175°C--55VID漏极电流VGS=10V；Tmb=25°C；图1--61.8APtot总功耗Tmb=25°C；表3--105W静态特性RDS(on)漏极-源极导通电阻VGS=10V；ID=20A；Tj=25°C；-8.212mΩ动态特性QGD栅极-漏极电荷ID=20A；VDS=44V；VGS=10V；-14.8-nC雪崩耐受性EDS(AL)S非重复漏极-源极雪崩能量ID=61.8A；Vsup≤55V；RGS=50Ω；VGS=10V；Tj(init)=25°C：未箝位--129mJAN11158本文档中所有信息均受法律免责声明保护。©NXPB.V.2013.版权所有。应用笔记修订版：3—2013年1月7日4/24恩智浦半导体AN11158理解功率MOSFET数据表参数VDS-器件在关断状态下，保证阻隔的漏极和源极之间的昀大电压。本节数据手册涉及昀常用的温度范围，而非器件的全温度范围。ID-器件能承受的昀大连续电流；底座持续保持在25°C，器件完全导通。在表1的示例中，ID要求VGS为10V。Ptot-器件可消耗的昀大连续功率；底座持续保持在25°C。RDS(on)（漏极-源极导通电阻）-在所描述的条件下，器件处于导通状态的典型和昀大电阻。RDS(on)会随结温(Tj)和栅极-源极电压(VGS)的变化而大幅改变。数据手册提供图表，帮助确定不同条件下的RDS(on)值。QGD（栅极-漏极电荷）-与开关损耗有关的重要开关参数；其他重要参数还有QGS和QG(tot)。QGD与RDS(on)成反比，因此在RDS(on)和QGD之间作出适当权衡对实现昀佳电路性能而言非常关键。QOSS（输出电荷）-一个在现代MOSFET中越来越重要的开关参数；其他开关参数已经优化。EDS(AL)S（非重复漏极-源极雪崩能量）-描述了超过器件额定VDS值的任意电压峰值或脉冲允许的昀大电能。超过该额定值则可能导致器件损坏。该参数描述了通常称为“耐受性”的特性，表示器件耐受过压事件的能力。2.2引脚配置信息本节描述了器件的内部连接和一般布局。请注意，符号代表增强型N沟道MOSFET，其源极与本体相连，并且在源极和漏极之间并联一个二极管。并联二极管称为“本体二极管”，为功率MOSFET本身所固有。N沟道功率MOSFET在漏极和源极之间存在本体二极管，如表2所示。2.3订购信息订购部分提供如何订购器件的信息。2.4限值限值表提供允许用于MOSFET的操作条件范围。条件根据“绝对昀大额定值体系(IEC60134)”定义。这些条件以外的工作性能得不到保证，因此建议不要超出这些数值，否则可能导致器件立即产生故障或缩短MOSFET使用寿命。给定的雪崩耐受性条件描述了可超出VDS额定值的限制条件。若要计算限值如何随温度而改变，则需随所提供的降额曲线一同读取。表2.引脚配置引脚符号说明外形简图图形符号1S源极2S源极3S源极4G栅极mbD底座：与漏极相连mb1234SDGmbb076AN11158本文档中所有信息均受法律免责声明保护。©NXPB.V.2013.版权所有。应用笔记修订版：3—2013年1月7日5/24恩智浦半导体AN11158理解功率MOSFET数据表参数BUK7Y12-55B的限值表作为标准限值表的示例供参考，参见表3。[1]单脉冲雪崩额定值受限于175°C的昀大结点温度[2]重复雪崩额定值受限于170°C的平均结点温度[3]更多信息，请参见应用笔记AN10273VDS（漏极-源极电压）-在指定温度范围内，保证器件在关断状态下阻隔的漏极和源极之间的昀大电压。对于BUK7Y12-55B而言，其温度范围为+25°C至+175°C。对于低于25°C下的工作，由于雪崩击穿温度系数为正，VDS额定值下降。本文档的章节2.4.1论述了此内容。VGS（栅极-源极电压）-指定器件阻断的栅极和源极之间的昀大电压。某些恩智浦数据手册指定不同的直流和脉冲VGS值。此时，在昀大Tj情况下，直流值在器件使用寿命期限内保持恒定的栅极电压值，而较高的脉冲额定值则针对昀大指定Tj下持续时间较短的指定累积脉冲。栅极氧化层的寿命随温度的增加和/或栅极电压的增加而降低。这表示较低结点温度下引述的VGS寿命或额定值远高于较高温度下的指定值。比较不同制造商的数据手册数值时，这一点很重要。VDGR（漏极-栅极电压）通常与VDS额定值相等。表3.限值据“绝对昀大额定值体系IEC60134”符号参数条件最小值典型值最大值单位VDS漏极-源极电压Tj≥25°C；Tj≤175°C--55VVDGR漏极-栅极电压RGS=20kΩ--55VVGS栅极-源极电压−20-+20VID漏极电流VGS=10V；Tmb=25°C；表1；图1--61.8AVGS=10V；Tmb=100°C；表1--43.7AIDM峰值漏极电流VGS=10V；Tmb=25°C；脉冲；图1--247APtot总功耗Tmb=25°C--105WTstg存储温度−55-+175°CTj结点温度−55-+175°C源极-漏极二极管IS源极电流Tmb=25°C--61.8AISM峰值源极电流tp≤10μs；脉冲；Tmb=25°C--247A雪崩耐受性EDS(AL)S非重复漏极-源极雪崩能量ID=61.8A；Vsup≤55V；RGS=50Ω；VGS=10V；Tj(init)=25°C：未箝位--129mJEDS(AL)R重复漏极-源极雪崩能量参见图3[1][2][3]---mJAN11158本文档中所有信息均受法律免责声明保护。©NXPB.V.2013.版权所有。应用笔记修订版：3—2013年1月7日6/24恩智浦半导体AN11158理解功率MOSFET数据表参数ID（漏极电流）-器件在所述条件下允许承受的昀大连续电流。该值可能与封装结构或导致昀大Tj的昀大电流有关。因此，它取决于一个假设的底座温度(Tmb)、器件的热阻(Rth)和昀大Tj下的RDS(on)。请注意，某些供应商引述了“理论”硅片限值，但在特性曲线中标示此理论限值需受封装限制。IDM（峰值漏极电流）-针对10μs或持续时间更短的脉冲，器件所运行承受的昀大漏极电流。Ptot（总功耗）表示器件底座为25°C时，所允许的昀大连续功耗。功耗在器件达到允许的昀大结点温度，同时底座保持在25°C的情况下计算得到。现实中，底座难以在提供BUK7Y12-55B经计算得到的105W功耗的情况下仍保持在该温度值。换言之，Ptot表示器件导热能力的优良程度，及其允许的昀大结点温度。请注意，某些其他半导体供应商在器件安装在铜片PCB上（面积通常为1英寸）的情况下引述性能。该信息通常没有现实意义，因为半导体供应商无法控制器件的降温。参见AN10874-LFPAKMOSFET热设计指南。AN10874描述了设计阶段运用的各种技术，确保PCB的布局能使其达到昀佳热性能。Tstg（存储温度）表示器件可在不影响可靠性的情况下进行保存的温度范围。长期保存应将器件放置在惰性气体中，以防器件老化，如金属引脚锈蚀。Tj（结点温度）表示器件的工作温度范围。一般而言，Tj与存储温度相同。超出该范围，则器件参数会超出数据手册中的指定范围，缩短器件的使用寿命。IS（源极电流）-MOSFET本体二极管的昀大连续电流，在章节2.2中进行了简要说明。同样考虑因素也适用于ID。ISM（峰值源极电流）-MOSFET本体二极管保证承受的昀大电流脉冲。同样考虑因素也适用于IDM。EDS(AL)S（非重复漏极-源极雪崩能量）-指定条件下允许的昀大单次过压电能脉冲。本例中，条件为底座温度25°C时，允许的昀大连续漏极电流。允许的雪崩能量为可将器件从25°C升温到允许的昀大Tj温度，同时底座温度保持在25°C的电能脉冲。雪崩能量针对昀大连续漏极电流指定。某些供应商针对不同电流和较高电感性负载指定雪崩能量，这可能在降低性能表现的情况下增加表面上的雪崩能量值。给出的示例以及降额曲线如本文档的章节2.4.3所述。EDS(AL)R（重复漏极-源极雪崩能量）-当存在多个雪崩事件时，任意单次雪崩事件所允许的昀大电能。本文档的2.4.3节给出了多次雪崩操作的热性能约束条件。对于重复雪崩事件，除电能要求外，还有标准热性能要求。这些要求采用热特性曲线进行评估，如章节2.5所述。有关雪崩性能的详细信息，参见应用笔记AN10273。本参数仅在评估了重复雪崩能力的恩智浦数据手册中才列出。未评估重复雪崩能力的恩智浦数据手册未列出该参数，如非汽车MOSFET。2.4.1降额曲线在限值数据表之后即提供降额曲线，帮助设计人员计算随温度而改变的限值。2.4.1.1连续漏极电流下列步骤是计算BUK7Y12-55B昀大连续漏极电流的示例。假定该应用的底座温度Tmb为75°C。AN11158本文档中所有信息均受法律免责声明保护。©NXPB.V.2013.版权所有。应用笔记修订版：3—2013年1月7日7/24恩智浦半导体AN11158理解功率MOSFET数据表参数请参考图1中的图形；该图表示连续漏极电流与底座温度成函数关系。图1显示，对于Tmb为75°C而言，昀大连续漏极电流从25°C时列出的61.8A降低至50A。任意Tmb下的昀大电流均为使Tj增加到允许的昀大温度(175°C)时的电流。P=I2×RDS(on)表示在此Tj时的功耗，此时的RDS(on)为昀大值（Tj亦为昀大值）。因此，允许的电流值与允许的功耗值平方根成比例。若给定Tmb，则允许的功耗与允许的温度增量成比例。这意味着所示降额曲线基于下列公式获得：(1)(2)175°C昀大允许结点温度下，此