MOS规格书的选型及应用

硬件攻城狮 2022-10-17 4208

描述

我们这里当然不是说规格书在挖坑，规格书的数据都是用仪器一个个测出来的，是刚正不阿的存在！

规格书的数据测试是遵循特定的标准的，之所以遵循这些标准来测试，是因为作为一个规格书，必须规定一个测试标准，让不同的人在不同的时候测出的数据是一样的。而电源的设计对MOS的要求是五花八门的，所以，在参看MOSFET规格书的时候，要“透过现象看本质”，才能找到适合你产品需求的MOSFET。那就让我们一起来看看这些主要的参数吧。

BVDSS

这个参数太明显了，明显到你不想看它都能跳进你的眼里，因为它无论在电流命名的规则还是Ron命名的规则里都会出现在型号里。但是你知道它的测试条件吗？首先看看艾睿代理的几家MOSFET正规大厂家的规格书：

英飞凌

onsemi

看到了，BV值是在VGS=0的情况下，漏极流过250uA(或者其它比如1mA)，MOSFET不发生雪崩的情况下测得的值。紧接着，在很多厂家的规格书可以看到这一项：或者是后面看到这样的曲线：（下图曲线的BV是归一化后的，即相对于25°C结温的倍数）这说明，BV值是随着结温的升高而增加的，通常电路系统正常工作的时候，结温肯定是大于25°C的，很多都在100°以上。所以实际BV值可能在标称BV的1.1倍左右。

关于这个参数，我很想保持沉默，因为我觉得，规格书上的这个标称参数，对于实际应用来说，几乎没有什么参考意义。

可能有的刚入行的小伙伴在选型的时候，会计算电路系统工作中的最大电流，然后做一定的降额，得到一个电流的ID值作为选型的参考。其实这个思路是不科学的。首先，我们看看大厂商的规格书，关于ID的项目：看到标红圈圈的地方了吗？ 1. Tj=25°C，除非无特殊说明。如果这项测试需要MOS工作起来，那么Tj=25°C如何保证，并且随着测试时间的延长，Tj会越来越高。实际电路系统中Tj也不可能是25°C。 2. Tc=25°C，器件case温度为25°C。实际的系统应用中，电路腔体内的温度都不太可能是25°C，更何况器件CASE。 3. Limited by Tjmax 这句话，通常用小一号字体在table的下面低调的标出。看到没，真正有用的一句话，在角落里。所以，关于规格书中的标称电流ID，看看就好了，别太认真。

RDS(ON)

大家都知道MOSFET完全导通之后相当于一个电阻，它在工作中并非一成不变的量。例如，某厂家标称为380mΩ的器件，在规格书的标称值中如下标识：

可见，380mΩ只是ID=3.2A，Tj=25°C时候的，实际在电路系统运行的时候，Tj会在100°C以上，后面的曲线中可以看到：随着MOS的结温升高，RDS(ON)也会增加，这也是它的正温度系数特性。随着ID的增加，RDS(ON)的值也会增加。所以在查看RDS(ON)的时候，应该考虑电流和结温。在系统应用中MOS的最大导通电流会被以下几个因素决定： RDS(ON)，温升Tj-Tc，热阻Rthjc，器件功耗PD 根据温升公式：其中器件功耗实际中主要考虑导通损耗和开关损耗（硬开关电路），但是此处为了计算方便，考虑导通损耗和开关损耗占比各50%：在规格书中可以找到，一般为150°C，CASE温度可以根据系统设计需要确定。 RDS(ON)注意要使用Tjmax对应的电阻值，可以在规格书中查到。注意不同的封装对应的热阻不一样，可以计算出漏极电流最大有效值：

但是注意，如果软开关电路，可以少考虑一点开关损耗，计算出的ID可以稍微大一些，如果硬开关电路，且开关频率比较高，则需要多考虑一些开关损耗。

Vth

很多人其实不太关注开启电压Vth的值，在规格书中一般看到：

英飞凌 ST 同样的，这个Vth是在Tj=25°C或者Tc=25°C时候测到的。但是，Vth是负温度系数，也就是说随着结温的升高，Vth会下降，这就意味着，电路系统运行发热后，Vth会降低，会更容易受到干扰而误触发。有的公司会给出Vth随着结温变化的曲线。见下图：

开关时间（td(on)，tr，td(off)，tf）

规格书中给出的这组数据在系统应用中可以说是最没有什么参考意义的了，但是有一点，就是横向对比的时候，可以粗略对比一下两个MOS的开关速度。但是如果测试条件不同，也没有什么意义。

首先，看下规格书中给出的测试开关时间的电路：撇开图中红色圈圈标出来的测试条件会明显影响开关时间不说，说一下测试的电路。大部分厂家用的如下电路：

这个电路中MOSFET的负载是阻性负载，见红圈所示，MOSFET带阻性负载的时候，其开关特性表现为ID上升和VDS下降在同时进行。而在实际常用的电路系统中，如buck，boost，flayback等，MOSFET的负载都是感性的，见下图：而感性负载的开关过程是，开通过程中，ID先上升，然后VDS开始下降。关断过程是VDS先上升，ID再下降。见下图：其中，米勒平台的高度会受器件本身的跨导和漏极电流ID影响，米勒平台的长度受结电容Cgd影响和VDS的大小影响。整个开关过程都会受到驱动电阻Rg（外部的和内部的）的影响。

结电容（Crss，Coss，Ciss）

这3个参数，有点常识的人都知道要看后面的曲线，不能看表格里面的数值，因为表格中的数值是某个VDS下的值，并没有任何实用价值。

而后面的电容曲线会给出结电容随着VDS的变化趋势：但是这个曲线在真正使用的时候也不怎么好用，毕竟像LLC或者移相全桥这种软开关电路中，需要知道的是VDS变化过程中结电容中存储能量或者电荷的变化量，于是有的公司的规格书中给出了两个参数：Co(tr) 和 Co(er)。 Co(er) — 能量等效电容，当VDS从0到480V (通常是80%的BVDSS)时候需要对电容储存的能量相当的电容值。 Co(tr) — 电荷等效电容，当VDS从0到480V 时充电时间相当的等效电容值。如果做软开关，这两个参数会比较有用。

雪崩能量VAR

雪崩的测试电路通常有两种：

TESCE模式（下图左边，电感能量泄放经过VDD）和 ITC模式（下图右边，电感能量泄放不经过VDD）雪崩测试波形为：(左边为TESEC模式，右边为ITC模式) TESCE模式的雪崩能量计算为： ITC模式的雪崩能量计算为: 所以可以看出雪崩能量的大小和电感L以及雪崩电流IAS都有关系。话不多说，看下各家的规格书的测试条件（以下比较都是标称电流为10A，BVDSS为650V左右的超级结MOSFET）： 厂家一： 厂家二： 厂家三： 可见，不同厂家的雪崩能量不尽相同，但是它们之间可比性也不强，因为它们的测试条件不同。厂家二和厂家三只给出了电流值，只有厂家一给出了测试的电感值和电流值，但是厂家一的测试结果并没有多出多少的参考意义，因为这个规格书给出的雪崩能量是仅仅是这个测试条件下的值，如果换个电感L，得到的雪崩能量并不等于表格中的值，换句话说就是，即便对于同一只MOS而言：

所以规格书中的雪崩测试数据，实际应用的参考意义也不大。如果硬要横向对比雪崩能力，相同规格的MOS在相同测试条件下的数据，是具备一定的比较意义的。

所以，规格书是我们选型及应用的一把双刃剑，用好了就能帮我们披荆斩棘，用不好可能会让我们走很多弯路，甚至选错料，不要掉进规格书的“坑”，要学会利用好这把利器。　　

审核编辑：彭静

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