功率MOSFET的参数可分为最大极限参数、静态参数及动态参数。一般的功率MOSFET选择指南或简易手册中主要给出最大极限参数。动态参数主要是MOSFET的极间电荷及开关上升时间及下降时等参数,只在高速开关中需要考虑。本文重点介绍它的极限参数。
最大极限参数
1. V\(_{DS}\)及V\(_{GS}\)
功率MOSFET在工作时要加V\(_{DS}\)(D、S之间的电压)及V\(_{GS}\)(G、S之间的电压)。若V\(_{DS}\)或V\(_{GS}\)过高,会发生击穿而使管子损坏,所以规定最大的极限V\(_{DS}\)及最大的V\(_{GS}\)电压,在使用中不能超过这个值(还要留一点余量)。有的资料中用V\(_{(BD)DSS}\)表示最大极限V\(_{DS}\)。
2. I\(_{D}\)
最大的极限漏极电流I\(_{D}\)是它能输出的最大电流值。它与工作状态有关,一般指的是连续漏电流I\(_{D}\),若工作于脉冲状态,它的漏极电流值大于连续工作电流,一般用I\(_{DM}\)表示。
这里要注意的是I\(_{D}\)与环境温度有关,资料上给出T\(_{A}\)=25℃的值,若在T\(_{A}\)=75℃,则I\(_{D}\)要减小。例如,Si 9400(P管),它在T\(_{A}\)=25℃时最大I\(_{D}\)=±2.5A,而在T\(_{A}\)=75℃时,I\(_{D}\)=±2.0A。若此管工作于脉冲状态(脉宽≤300μs,占空比≤2%),其I\(_{DM}\)=±10A。
3. P\(_{D}\)
最大功耗P\(_{D}\)为V\(_{DS}\)×I\(_{D}\)(这V\(_{DS}\)为实际电路中漏极与源极之间的电压,并非极限参数;I\(_{D}\)为流过管子的实际漏极电流,也并非极限参数)。P\(_{D}\)也与T\(_{A}\)(环境温度)有关,也与封装形式有关。在一定封装下,给出T\(_{A}\)=25℃的值(有的还给出T\(_{A}\)>25℃的值)。例如,Si 9400在T\(_{A}\)=25℃时,最大功耗P\(_{D}\)=2.5W,而T\(_{A}\)=75℃时,最大功耗成为P\(_{D}\)=1.6W了。在使用时要计算P\(_{D}\),考虑T\(_{A}\),使实际的P\(_{D}\)小于资料上给出的P\(_{D}\)值,否则会造成过热而烧掉!
导通电阻RDS(ON)
功率MOSFET中一项重要的静态参数是导通电阻值,用R\(_{DS(ON)}\)来表示。R\(_{DS(ON)}\)越小,则开关损耗越小。近年来,不断地为减小R\(_{DS(ON)}\)而进行改进。过去,R\(_{DS(ON)}\)的单位为Ω,而现在它的单位改成mΩ了(只是R\(_{DS(ON)}\)小的产品)。例如,Si 9430(P管)在-V\(_{GS}\)=10V,-I\(_{D}\)=5.3A时,它的典型R\(_{DS(ON)}\)=40mΩ。
从上面的例子可以看出:R\(_{DS(ON)}\)的大小与|V\(_{GS}\)|的大小及|I\(_{D}\)|有关。例如,如Si 9430在-V\(_{GS}\)=-4.5V,-\(_{ID}\)=4A时,它的R\(_{DS(ON)}\)=90mΩ。资料中往往给出|V\(_{GS}\)|=10V及|V\(_{GS}\)|=4.5V时的R\(_{DS(ON)}\),也有的资料仅给出|I\(_{D}\)|为某值时的R\(_{DS(ON)}\)值。
P\(_{D}\)也可用I\(_{D}\)\(^{2}\)×R\(_{DS(ON)}\)来表达,所以要求开关损耗小时,应选择R\(_{DS(ON)}\)小的MOSFET。目前的工艺水平,R\(_{DS(ON)}\)已可做到几个mΩ的水平,例如FDZ5047N(BGA封装),在V\(_{GS}\)=10V时,R\(_{DS(ON)}\)=3.5mΩ(资料中未给出I\(_{D}\)值)。
封装的选择
在资料中往往给出封装的型号。目前大部分电路采用表面贴装技术(SMT),所以大部分功率(中小功率)MOSFET采用贴片式封装(SMD)。由于过去采用T0-220(插孔式)改成贴片式,其散热条件变坏(尺寸小,不易装散热片)。例如V\(_{DS}\)=60V,I\(_{D}\)=12A的N管MTD3055,它采用贴片式DPAK封装时,它的最大P\(_{D}\)仅1.75W,而同一型号而采有插孔式T0-220封装时,它的最大P\(_{D}\)=40W;并且由于它尺寸不同,其R\(_{DS(ON)}\)在同样条件下比DPAK小一些。DPAK封装时,在I\(_{D}\)=6A时,R\(_{DS(ON)}\)max=0.3Ω,而T0-220封装时,在I\(_{D}\)=6A时,R\(_{DS(ON)}\)max=0.18Ω。
总栅极电荷Q\(_{g}\)
Q\(_{g}\)是一个动态参数,有些简易手册上有这个参数。在作高速开关时,栅极上的电荷大小与开关速度有关。若开关速度快、频率高,要选择Q\(_{g}\)小的管子。Q\(_{g}\)是在一定的V\(_{DS}\)、一定的V\(_{GS}\)及一定的I\(_{D}\)时的值。有的资料上仅给出V\(_{GS}\)值下的Q\(_{g}\)值。它的单位是nC,一般是几个nC到几十个nC(C是库仑的符号),给出的Q\(_{g}\)值往往是典型值,可作选择的参数。例如,Si 9430的Q\(_{g}\)在-V\(_{DS}\)=10V,-V\(_{GS}\)=10V,-I\(_{D}\)=5.3A时的典型值是2.5nC。
(方佩敏)