MOS_设计选型剖析.pdf
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1、MOSFET 设计选型指导 1、目的: . 2 2、适用范围: 2 3、背景说明: 2 3.1 制作 MOSFET 指导书的必要性: . 2 3.2MOSFET 的内部结构图及封装图: 2 3.3 瑞谷 MOSFET 类别(简介范围):. 3 4、MOSFET知识介绍 3 4.1MOSFET 工作原理图 3 4.2MOSFET 类型和主要特性 . 5 4.3主要参数介绍及定义 5 4.3.1 最大额定参数 5 4.3.2 静态电特性 10 4.3.3 动态电特性 11 5、运放案例分析: . 12 6、器件设计选型注意事项 14 1、目的: 提升技术人员对MOSFET 器件的了解水准,并通过后
2、续不断升级和完善, 可形成具 有实际指导性的文件; 避免电路设计不匹配,器件选型、器件替代错乱等等; 2、适用范围: 本指导书适用于对MOSFET 知识学习,设计选型号及替代。 3、背景说明: 3.1 制作 MOSFET 指导书的必要性: 在 2010 年 MOSFET 出现了两个品牌失效: 客户端 IPS 品牌失效: 2010 年,AP54在客户端失效MOSFET 超过 40PCS ,该器件 为 IPS 品牌型号 FTA06N65 ,规格 650V 6.5A; 生产线 AOS 品牌失效: 2010 年九月份, AP54产品在手动OVP测试时,一天时间 失效了 10PCS MOSFET,品牌:
3、 AOS ,型号: AOTF7N65 ,规格: 650V 7A;除了 OVP工位 外,其他测试工位也有零星失效; 针对出现的这些问题,我们不仅要立即处理失效品保证正常生产出货,更重要的 是怎样做到预防和避免。因此,制定MOSFET 设计选型指导书很有必要; 3.2 MOSFET 的内部结构图及封装图: (举例) 3.3 目前瑞谷MOSFET 类别(简单介绍) : TO-220:40V/202A-800V/11A SO-8 :12V/25A -200V/ 4A DPAK :30V/90A-800V/ 3A D2PAK :30V/90A-500V/12A TO-3P :200V/42A900V/1
4、1A 4、MOSFET 知识介绍 4.1 MOSFET 工作原理图: 图 1 MOSFET (N沟增强型)结构图 2 Vgs=0 栅极 G无感应电荷图 3 Vgs 0 产生电场 图 4 Vgs 增大 , 形成耗尽层图 5 Vgs 继续增大吸引衬底电子图 6 Vgs= Vt衬底电子形成反型层, 反型层即导电沟道 图 7 VgsVT Vds0 产生 Id 图 8 Vds 不变, Vgs 增加 Id增加图 9 Vds 大于夹断电压 Id饱和, Vgs 不变, Vds 增加 Id增加电流不再随Vds 增加而增加 4.2 MOSFET类型和主要特性 N-MOSET:增强型 耗尽型 - P-MOSET:增
5、强型 -耗尽型- 上图转移特性 下图输入输出特性 4.3 主要参数介绍及定义 4.3.1 最大额定参数 最大额定参数,所有数值取得条件(Ta=25) VDSS最大漏 -源电压 在栅源短接,漏 - 源额定电压 (VDSS)是指漏 - 源未发生雪崩击穿前所能施加的最 大电压。根据温度的不同,实际雪崩击穿电压可能低于额定VDSS 。关于 V(BR)DSS 的详 细描述请参见静电学特性。 VGS 最大栅源电压 VGS 额定电压是栅源两极间可以施加的最大电压。设定该额定电压的主要目的是防 止电压过高导致的栅氧化层损伤。实际栅氧化层可承受的电压远高于额定电压,但是 会随制造工艺的不同而改变,因此保持VGS
6、 在额定电压以内可以保证应用的可靠性。 ID - 连续漏电流 ID 定义为芯片在最大额定结温TJ(max)下,管表面温度在25或者更高温度下, 可允许的最大连续直流电流。 该参数为结与管壳之间额定热阻RJC和管壳温度的函数: ID 中并不包含开关损耗,并且实际使用时保持管表面温度在25(Tcase)也很 难。因此,硬开关应用中实际开关电流通常小于ID 额定值( TC = 25)的一半, 通常在 1/3 1/4 。补充,如果采用热阻RJA的话可以估算出特定温度下的ID,这个值 更有现实意义。 IDM -脉冲漏极电流 该参数反映了器件可以处理的脉冲电流的高低,脉冲电流要远高于连续的直流电 流。定义
7、 IDM的目的在于:对于一定的栅- 源电压, MOSFET 导通后,存在最大的漏极电 流。如图所示,对于给定的一个栅-源电压,如果工作点位于线性区域内,漏极电流的 增大会提高漏 -源电压,由此增大导通损耗。长时间工作在大功率之下,将导致器件失 效。因此,在典型栅极驱动电压下,需要将额定IDM设定在区域之下。区域的分界点在 Vgs和曲线相交点。 因此需要设定电流密度上限,防止芯片温度过高而烧毁。这本质上是为了防止过 高电流流经封装引线,因为在某些情况下,整个芯片上最“薄弱的连接”不是芯片, 而是封装引线。 考虑到热效应对于IDM的限制,温度的升高依赖于脉冲宽度,脉冲时间间隔,散热 状况,RDS(
8、on) 以及脉冲电流的波形和幅度。单纯满足脉冲电流不超出IDM上限并不能保 证结温不超过最大允许值。可以参考热性能与机械性能中关于瞬时热阻的讨论,来估 计脉冲电流下结温的情况。 PD -容许沟道总功耗 容许沟道总功耗标定了器件可以消散的最大功耗,可以表示为最大结温和管壳温 度为 25时热阻的函数。 TJ, TSTG-工作温度和存储环境温度的范围 这两个参数标定了器件工作和存储环境所允许的结温区间。设定这样的温度范围 是为了满足器件最短工作寿命的要求。如果确保器件工作在这个温度区间内,将极大 地延长其工作寿命。 EAS-单脉冲雪崩击穿能量 如果电压过冲值 (通常由于漏电流和杂散电感造成) 未超过
9、击穿电压,则器件不会 发生雪崩击穿,因此也就不需要消散雪崩击穿的能力。雪崩击穿能量标定了器件可以 容忍的瞬时过冲电压的安全值,其依赖于雪崩击穿需要消散的能量。 定义额定雪崩击穿能量的器件通常也会定义额定EAS。 额定雪崩击穿能量与额定UIS 具有相似的意义。 EAS标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。L 是电感值, ID 为电感上流过的电流峰值,其会突然转换为测量器件的漏极电流。电感上产生的电 压超过 MOSFET 击穿电压后,将导致雪崩击穿。雪崩击穿发生时,即使 MOSFET 处于关 断状态,电感上的电流同样会流过MOSFET 器件。电感上所储存的能量与杂散电感上存 储,由 MOS
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