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  • 功率器件场效应管MOS参数介绍和选用原则
    • 发布时间:2020-10-23 18:21:54
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    功率器件场效应管MOS参数介绍和选用原则
    场效应管,MOS管
    MOSFET是Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor的首字母缩写,中文叫场效应管,它在电子工业高频、高效率开关应用中是一种重要的元件,而 MOSFET是在二十世纪80年代开始被大量运用的。
    主要参数:
    VDSS: D极-S极所能承受电压值,主要受制寄生逆向二极管的耐压,与温度成正比。
    VGSS: G极-S极所能承受电压值。
    ID: 元件所能提供最大连续电流,会随温度的升高而降低。
    IDM: 元件所能承受瞬间最大电流,会随温度升高而降低,体现一个抗冲击能力。
    PD: 元件上所能承受功率,计算公式PD(Max)=(TJ-TC)/RØJC。
    BVDSS: 最小值等于VDSS。
    VGS(th): MOSFET导通的门槛电压,数值愈高,代表耐杂讯能力愈强,但是如此要使元件完全导通,所需要的电压也会增大,与温度成反比。
    IGSS: 在栅极周围所介入的氧化膜的泄极电流,愈小愈好。当所加入的电压,超过氧化膜的耐压能力时,会使元件遭受破坏。
    IDSS: 漏电流,通常很小,但是有的为了确保耐压,在晶片周围的设计多少会有泄漏电流成份存在,此最大可能达到标准值10倍以上,与温度成正比。
    RDS(ON): 导通电阻值,低压MOSFET导通电阻是由不同区域的电阻所组成的。为了降低导通电阻值,MOSFET晶片技术上朝高集成度迈进,在制程演进上,Trench DMOS以其较高的集成密度,逐渐取代Planar DMOS成为MOSFET制程技术主流,未来全面演变成SGT为技术主流,与温度成正比。
    VSD: MOS寄生逆向二极管的正向电压降。
    Qg: G极总充电量。
    Qgs: G极-S极充电电量。
    Qgd: G极-D极充电电量。
    Ciss: 在截止状态下的栅极输入电容:Ciss=Cgs+Cgd
    Coss: D极-S极的电容量,也是寄生二极管逆向偏压时的电容量。
    Crss: D极-G极的电容量,此对于高频切换动作最有不良影响,Cgd愈小愈好.
    td(on): 导通延迟时间,从有输入电压上升到10%开始到VDS下降到其幅值90%的时间.
    tr: 上升时间,输入电压VDS从90%下降到其幅值10%的时间.
    td(off): 关断时间.输入电压下降到90%开始到VDS上升到其关断电压10%时的时间。
    tf: 下降时间.输入电压VDS从10%上升到其幅值90%的时间。
    ISD: 最大值等于ID。
    ISM: 最大值等于IDM.
    EAS: 单次脉冲雪崩击穿能量;计算公式=1/2LI2{V(BR)DSS/(V(BR)DSS-VDD)}
    选用原则:
    实际选用时应考虑最坏的条件.如沟道温度TCH从50OC提高到100OC时,推算故障率将提高20倍.实际沟道温度不应超过125OC.
    1) 选择时,如果工作电流较大,则在相同器件额定参数下尽可能选用正向导通电阻(RDSON)小和结电容(CISS)小的MOSFET。
    2) 器件的额定电压值/电流值应高于实际最大电压值/电流值20%;功耗值应高于实际最大功耗的50%。
    应用实例:
    1) DC-DC直流变换电路低压MOS选择
    设计参数:
    Vds max=50V
    Ipk=3A
    fsw=130KHz
    Don max=0.5
    Vdr=7V
    TØ=75OC
    MOSFET漏-源极最大电压Vds应该满足:Vds>Vds max>(Vi max+Vf)*1.2
    MOSFET漏极连续最大电流Id应满足:Id>Ipk*1.2
    可选用MOSFET 100V 15A Rds:100mR TO-252,栅极电阻Rdr=100mR,其参数为:
    Vds=100V; Id=15A; Vgs th=3V; Rds on=0.1R; Ciss=890pF; Qg=13nC; Qgs=4.6nC; Rthja=110OC/W; Tj max=150OC.
    验证:Pon=Rds on*Don max*I2pk/3=0.15W;
    Psw=Qgs*Rdr*Vds max*Ipk*fsw/(Vdr-Vgs th)=2.24W;
    Poff=Ciss*Vds max2*fsw/2=1.44W;
    Pgate=Qg*Vdr*fsw=0.12W;
    Pmax=(Tj max-TØ)/Rthja=0.68W;
    总功率Ptotal max=Pon+Psw+Poff+Pgate=3.95W > Pmax=0.68W
    需要加装足够大的散热器使用,如果受PCB空间影响散热器偏小导致MOS温度偏高,也可以选用Rds更小的MOS,加大MOS规格来匹配达到最优化的散热设计。
    2) AC-DC反激式开关电源高压MOS选择
    设计参数
    Ui=85-265Vac;47-63Hz
    Uo=12Vdc
    Io=1.25A
    Po=15W
    η>80%
    Rip<100mV
    Tem=0-40OC
    MOSFET参数计算:Vds= Vin damax+VF(变压器反射电压)+VL(漏感)
    = Vin acmax√2+Vs*(Np/Ns)+VL=529V;
    Id=Ip max=2pin/Dmax*Vin acmin√2=0.694A
    根据计算和高于实际值20%的选用原则,可选用Id>0.83A,Vds>635V的MOS。但考虑到功率损耗(实例1)DC-DC变换计算同样适用,可以选用Rds on更小的4N65F TO-220F。
    3) 电源次极同步整流电路MOS选择
    同步整流管也是工作在开关状态(其开关频率与开关管相同),但因同步整流管工作于零电压(VGS≈0V)状态,其开关损耗可忽略不计。
    设计参数
    Vi=7-24Vdc
    Vo=1.25V
    Io max=15A
    Fsw=300K
    Vic=5V
    根据Id>Io max,Vds>Vi max的MOSFET选用原则,可选用30V 25A Rds:20mR TO-220,.查选型参数:
    Vds=30V; Rds on=0.02R@4.5V; Id=25A@100OC;Tj max=150OC; Rthja=45OC/W
    Pdr=(1-Vo/Vi max)*Io max2*Rds on=4.27W > Pmax=(Tj max-TØ)/Rthja=1.67W
    需要加装足够大的散热器使用,如果受PCB空间影响散热器偏小导致MOS温度偏高,也可以选用Rds更小的MOS,加大MOS规格来匹配达到最优化的散热设计。
    功率器件场效应管MOS参数介绍和选用原则
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