如何看懂MOSFET规格书

1、如何看懂MOSFET规格书作为一个电源方面的工程师、技术人员，相信大家对MOSFET都不会陌生。在电源论坛中，关于MOSFET的帖子也应有尽有：MOSFET结构特点/工作原理、MOSFET驱动技术、MOSFET选型、MOSFET损耗计算等，论坛高手、大侠们都发表过各种牛贴，我也不敢在这些方面再多说些什么了。工程师们要选用莫个型号的MOSFET,首先要看的就是规格书/datasheet,拿至fjMOSFET的规格书/datasheet时，我们要怎么去理解那十几页到几十页的内容呢？本帖的目的就是为了和大家分享一下我对MOSFET规格书/datasheet的理解和一些观点，有什么错误、不当的地方请大

2、家指由，也希望大家分享一下自己的一些看法，大家一起学习。PS:1,后续内容中规格书/datasheet统一称为datasheet2.本帖中有关MOSFETdatasheet的数据截图来自英飞凌IPP60R190C6datasheetlVDSDatasheet上电气参数第一个就是V(BR)DSS,即DS击穿电压，也就是我们关心的MOSFET的耐压此处V(BR)DSS的最小值是600V,是不是表示设计中只要MOSFET上电压不超过600VMOSFET就能工作在安全状态？相信很多人的答案是“是！”，曾经我也是这么认为的,但这个正确答案是“不是！”这个参数是有条件的，这个最小值600V是在Tj=25C

3、的值，也就是只有在Tj=25C时，MOSFET上电压不超过600V才算是工作在安全状态。MOSFETV(BR)DSS是正温度系数的，其实datasheet上有一张V(BR)DSS与Tj的关系图(Table17),如下：要是电源用在寒冷的地方，环境温度低到-40C甚至更低的话，MOSFETV(BR)DSS值所以在MOSFET使用中，我们都会保留一定的VDS的电压裕量，其中一点就是为了考虑到低温时MOSFETV(BR)DSS值变小了，另外一点是为了应对各种恶例条件下开关机的VDS电压尖峰。2ID相信大家都知道MOSFET最初都是按xA,xV的命名方式(比如20N60)，慢慢的都转变成Rds(on)

4、和电压的命名方式(比如IPx60R190C6,190就是指Rds(on).其实从电流到Rds(on)这种命名方式的转变就表明ID和Rds(on)是有着直接联系的，那么它们之间有什么关系呢？在说明ID和Rds(on)的关系之前，先得跟大家聊聊封装和结温：1).封装：影响我们选择MOSFET的条件有哪些？a)功耗跟散热性能->比如：体积大的封装相比体积小的封装能够承受更大的损耗；铁封比塑封的散热性能更好.b)对于高压MOSFET还得考虑爬电距离->高压的MOSFET就没有SO-8封装的，因为G/D/S间的爬电距离不够c)对于低压MOSFET还得考虑寄生参数->引脚会带来额外的寄生

5、电感、电阻，寄生电感往往会影响到驱动信号，寄生电阻会影响到Rds(on)的值d)空间/体积->对于一些对体积要求严格的电源，贴片MOSFET就显得有优势了2).结温：MOSFET的最高结温Tj_max=150C,超过此温度会损坏MOSFET,实际使用中建议不要超过70%90%Tj_max.回到正题，MOSFETID和Rds(on)的关系：(1)封装能够承受的损耗和封装的散热性能(热阻)之间的关系(2)MOSFET通过电流ID产生的损耗(1),联立，计算得到ID和Rds_on的关系今天看到一篇文档，上面有提到MOSFET的寿命是跟温度有关的。(下图红色框中)3Rds(on)从MOSFETR

6、ds(on)与Tj的图表中可以看到：Tj增力口Rds(on)增大，即Rds(on)是正温度系数，MOSFET的这一特性使得MOSFET易于并联使用。4Vgs(th)相信这个值大家都熟悉，但是Vgs(th)是负温度系数有多少人知道，你知道吗？(下面两图分别来自BSC010NE2LS和IPP075N15N3Gdatasheet.心目信会有很多人没有注意到Vgs(th)的这一特性，这也是正常的，因为高压MOSFET的datasheet中压根就没有这个图，这一点可能是因为高压MOSFET的Vgs(th)值一般都是2.5V以上，高温时也就到2V左右。但对于低压MOSFET就有点不一样了，很多低压MOSF

7、ET的Vgs(th)在常温时就很低，比如BSC010NE2LS的Vgs(th)是1.2V2V,高温时最低都要接近0.8V了，这样只要在Gate有一个很小的尖峰就可能误触发MOSFET开启从而引起整个电源系统异常。所以，低压MOSFET使用时一定要留意Vgs(th)的这个负温度系数的特性！5Ciss,Coss,CrssMOSFET带寄生电容的等效模型Ciss=Cgd+Cgs,Coss=Cgd+Cds,Crss=CgdCiss,Coss,Crss的容值都是随着VDS电压改变而改变的，如下图：在LLC拓扑中，减小死区时间可以提高效率，但过小的死区时间会导致无法实现ZVS。因此选择在VDS在低压时Co

8、ss较小的MOSFET可以让LLC更加容易实现ZVS,死区时间也可以适当减小，从而提升效率。6Qg,Qgs,Qgd从此图中能够看由：1.Qg并不等于Qgs+Qgd!2.Vgs高，Qg大，而Qg大，驱动损耗大7SOASOA曲线可以分为4个部分：1).Rds_on的限制，如下图红色线附近部分此图中：当VDS=1V时，Y轴对应的ID为2A,Rds=VDS/ID=0.5R=>Tj=150C时，Rds(on)约为0.5R.当VDS=10V时，Y轴对应的ID为20A,Rds=VDS/ID=0.5R=>Tj=150C时，Rds(on)约为0.5R.所以，此部分曲线中，SOA表现为Tj_max时R

9、DS(on)的限制.MOSFETdatasheet上往往只有Tc=25和80C时的SOA，但实际应用中不会刚好就是在Tc=25或者80C,这时候就得想办法把25c或者80c时的SOA转换成实际Tc时的曲线。怎样转换呢？有兴趣的可以发表一下意见.2).最大脉冲电流限制，如下图红色线附近部分此部分为MOSFET的最大脉冲电流限制，此最大电流对应ID_pulse.3).VBR(DSS)击穿电压限制，如下图红色线附近部分此部分为MOSFETVBR(DSS)的限制，最大电压不能超过VBR(DSS)=>所以在雪崩时，SOA图是没有参考意义的4).器件所能够承受的最大的损耗限制，如下图红色线附近部分上

10、述曲线是怎么来的？这里以图中红线附近的那条线(10us)来分析。上图中，1处电压、电流分别为：88V,59A,2处电压、电流分别为：600V,8.5A。MOSFET要工作在SOA,即要让MOSFET的结温不超过Tj_max(150C),Tj_max=Tc+PD*ZthJC,ZthJC为瞬态热阻.SOA图中，D=0,即为singlepulse,红线附近的那条线上时间是10us即10A-5s,从瞬态热阻曲线上可以得到ZthJC=2.4*10A-2从以上得到的参数可以计算由：1处的Tj约为：25+88*59*2.4*10A-2=149.6C2处的Tj约为：25+600*8.5*2.4*10A-2=1

11、47.4CMOSFETdatasheet上往往只有Tc=25和80c时的SOA,但实际应用中不会刚好就是在Tc=25或者80C,这时候就得想办法把25c或者80c时的SOA转换成实际Tc时的曲线。怎样转换呢？有兴趣的可以发表一下意见把25c时的SOA转换成100c时的曲线：1).在25c的SOA上任意取一点，读生VDS,ID,时间等信息如上图，1处电压、电流分别为：88V,59A,tp=10us计算由对应的功耗：PD=VDS*ID=88*59=5192(a)PD=(Tj_max-Tc)/ZthJC->此图对应为Tc=25C(b)(a),(b)联立，可以求得ZthJC=(Tj_max-25

12、)/PD=0.0242).对于同样的tp的SOA线上，瞬态热阻ZthJC保持不变，Tc=100C,ZthJC=0.024.3).上图中1点电压为88V,Tc=100C时，PD=(Tj_max-100)/ZthJC=2083从而可以算由此时最大电流为I=PD/VDS=2083/88=23.67A4).同样的方法可以算由电压为600V,Tc=100C时的最大电流5).把电压电流的坐标在图上标由来，可以得到10us的SOA线，同样的方法可以得到其他tp对应的SOA(当然这里得到的SOA还需要结合Tc=100C时的其他限制条件)这里的重点就是ZthJC,瞬态热阻在同样tp和D的条件下是一样的，再结合功

13、耗，得到不同电压条件下的电流另外一个问题，ZthJC/瞬态热阻计算：1.当占空比D不在ZthJC曲线中时，怎么计算？2.当tp1).当占空比D不在ZthJC曲线中时：(其中，SthJC(t)是singlepulse对应的瞬态热阻）2.当tp8AvalancheEAS:单次雪崩能量，EAR:重复雪崩能量，IAR:重复雪崩电流雪崩时VDS,ID典型波形：上图展开后，如下：MOSFET雪崩时，波形上一个显著的特点是VDS电压被钳位，即上图中VDS有一个明显的平台MOSFET雪崩的产生：在MOSFET的结构中，实际上是存在一个寄生三极管的，如上图。在MOSFET的设计中也会采取各种措施去让寄生三极管不

14、起作用，如减小P+Body中的横向电阻RB。正常情况下，流过RB的电流很小，寄生三极管的VBE约等于0,三极管是处在关闭状态。雪崩发生时，如果流过RB的雪崩电流达到一定的大小，VBE大于三极管VBE的开启电压，寄生三极管开通，这样将会引起MOSFET无法正常关断，从而损坏MOSFETo因此，MOSFET的雪崩能力主要体现在以下两个方面：1.最大雪崩电流=>IAR2.MOSFET的最大结温Tj_max=>EAS、EAR雪崩能量引起发热导致的温升1）单次雪崩能量计算：上图是典型的单次雪崩VDS,ID波形，对应的单次雪崩能量为：其中，VBR=1.3BVDSS,L为提供雪崩能量的电感雪崩能

15、量的典型测试电路如下：计算由来EAS后，对比datasheet上的EAS值，若在datasheet的范围内，则可认为是安全的（当然前提是雪崩电流同时，还得注意，EAS随结温的增加是减小的，如下图：2）重复雪崩能量EAR:上图为典型的重复雪崩波形，对应的重复雪崩能量为：其中，VBR=1.3BVDSS.计算由来EAR后，对比datasheet上的EAR值，若在datasheet的范围内，则可认为是安全的（此处默认重复雪崩电流同时也得考虑结温的影响9体内二极管参数VSD,二极管正向压降=>这个参数不是关注的重点,trr,二极管反向回复时间=>越小越好，Qrr,反向恢复电荷=>Qrr

16、大小关系到MOSFET的开关损耗，越小越好，trr越小此值也会小10不同拓扑MOSFET的选择针对不同的拓扑，对MOSFET的参数有什么不同的要求呢？怎么选择适合的MOSFET?欢迎大家发表意见，看法1）,反激：反激由于变压器漏感的存在，MOSFET会存在一定的尖峰，因此反激选择MOSFET时，我们要注意耐压值。通常对于全电压的输入，MOSFET耐压（BVDSS）得选600V以上，一般会选择650V。若是QR反激，为了提高效率，我们会让MOSFET开通时的谷底电压尽量低，这时需要取稍大一些的反射电压，这样MOSFET的耐压值得选更高，通常会选择800VMOSFETo2）,PFC、双管正激等硬开关：a）对于PFC、双管正激等常见硬开关拓扑，MOSFET没有像反激那么高的VDS尖峰，通常MOSFET耐压可以选500V,600V。b）硬开关拓扑MOSFET存在较大的开关损耗，为了降低开关损耗，我们可以选择开关更快的MOSFETo而Qg的大小直接影响到MOSFET的开关速度，选择较小Qg的MOSFET有利于减小硬开关拓扑的开关损耗3) .LLC谐振、移相全桥等软开关拓扑：LLC、移相全桥等软开关拓扑的软开关是通过谐振，在MOSFET