功率MOSFET 之基础篇,老梁头 2015年1月,锐骏半导体,简介,自从上世纪90年代，功率MOSFET技术取得 重大进步，极大地促进了电子工业的发展， 尤其是开关电源工业。 由于MOSFET比双极型晶体管具有更快的开 关速度，使用MOSFET时开关频率可以达到 几百KHz，甚至上MHz。使得开关电源的功 率密度越来越高，体积越来小。,锐骏半导体,MOSFET的类型,MOSFET 的主要两种类型为增强型MOSFET和耗尽型MOSFET。 增强型和耗尽型MOSFET都有N沟道和P沟道两种形式。 具体电路符号如图一所示,锐骏半导体,MOSFET的工作原理,对于N沟道增强型MOSFET，当栅源极间电压为零时，漏源极间电流为 零。它需要一个正的栅源极间电压（VGVS)来建立漏源极间电流。 对于P沟道增强型MOSFET，当栅源极间电压为零时，漏源极间电流为 零。它需要一个负的栅源极间电压（VGVS)来关断漏源极间电流。 耗尽型MOSFET一般不用做功率晶体管，也很少用在单管小电流电路 中，多用于对电路中重要器件的敏感输入端的接地保护电路中。而增强 型MOSFET多用于功率晶体管，常用的以N沟道的最多。所以后续章节 只介绍增强型功率MOSFET。,锐骏半导体,MOSFET的等效电路,当栅源极间加一个电压时， MOSFET导通，漏源极间可等效为一电阻， 此电阻与温度有关，温度升高，该电阻变大。它还和栅源极间电压的大 小有关系，电压升高该电阻变小。 等效电路如图二所示。,锐骏半导体,MOSFET的等效电路,当栅源极间电压为零时， MOSFET关闭，漏源极间可等效为一二极管。 此二极管为MOSFET的体二极管，一般情况下特性很差，尽量避免使用。 等效电路如图三所示。,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,漏源电压 VDSS VDSS是器件在断开状态下漏极和源极所能承受的最大电压。 VDSS因温度的变化而产生波动。 漏源通态电阻 RDS(ON) RDS(ON)是器件在给定栅源电压以及25的结温这两个条件下最大的阻抗。RDS(ON)因温度和栅源电压变化而变化。 以上两个参数可以说明器件最关键的性能，一般是选择MOSFET的第一考虑因素,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,漏极电流 ID ID在沟道损耗容限内，可在漏极连续通入的直流电流最大值。一般数据说明书中给定两个值，一个是在背板温度为25时，另一个是在背板温度为100时。这两个数据在实际应用中数据说明书中给定的条件很难达到，所以电流值在实际运行中很难达到。因此最大电流降额作为背板温度的函数，所引用的两个值是降额曲线上的两个点。降额曲线如图四所示 以RU4090L为例，在背板温度为25，ID=90A；在背板温度为100，ID=73A；数据说明书中有降额曲线，如图五所示,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,最大耗散功率 PD PD表示在规定的背板温度下，可在MOSFET连续消耗损耗的最大值。一般数据说明书中也会给定两个值，一个是在背板温度为25时，另一个是在背板温度为100时。这两个数据在实际应用中也很难达到数据说明书中给定的条件，所以也需要降额使用。降额曲线如图六所示。 以RU4090L为例，在背板温度为25，PD=107W；在背板温度为100，PD=53.5W。数据说明书中也有降额曲线，如图七所示,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,栅源电压 VGSS VGSS是在栅极和源极间允许加的最大电压。一旦超过这个电压值，即使在极短的时间内也会对栅极氧化层产生永久性损害。VGSS一般为20V，也有30V或是更小的 结温 TJ TJ是PN结间的最大温度，超过此温度可能会造成MOSFET永久损坏。一般TJ为150或175,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,热阻 RJC RJC表示热传导的难易程度。热阻值越小，散热性能越好。 各个电容 CiSS Coss Crss 输入电容CiSS、输出电容Coss及反向传输电容Crss存在如下关系 CiSS=Cgs+Cgd Coss=Cds+Cgd Crss=Cgd 其中 Cgs：栅极与源极之间的电容 Cds：漏极与源极之间的电容 Cgd：栅极与漏极之间的电容 容量值越小，QG越小，开关速度越快，开关损耗就越小。,锐骏半导体,MOSFET的主要参数,电荷量 QG QGS QGD QG：栅极总的电荷量 QGS：栅极与源极间所需电荷量 QGD：栅极与漏极间所需电荷量 电荷量 Q=C*V 开关时间 t=Q/I 所以电荷量越大，所需开关时间t就越长，开关损耗越大。 以上为MOS的主要参数，当然还有一些别的参数，例如开启电压 VGS(th），MOS体内二极管的一些参数，漏电流等参数咱们将在后边的 延伸篇中加以详细解释。 后面介绍下MOSFET的封装型式,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,SOT-23-3,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,SO-8,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,TO-252,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,TO-220,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,TO-263,锐骏半导体,MOSFET的常规封装,TO-247,锐骏半导体,