一文看懂MOSFET参数

文章摘要

MOS管的数据手册包含了多种参数，用于指导安全有效的使用。极限参数如最大漏源电压VDS、栅源电压VGS、持续漏极电流ID、单次脉冲电流IDM和雪崩击穿能量EAS是绝对不可超过的。最大耗散功率PD和工作温度TJ/Tstg确保器件不会因过热而损坏。热阻、dV/dt和击穿电压的温度系数△VDS/TJ反映了器件的热管理和电压变化能力。

开启电压VGS(th)、栅极漏电流IGSS、漏源漏电流IDSS、导通电阻RDS(ON)、正向跨导gfs、输入电容Ciss、输出电容Coss和反向传输电容Crss等参数影响MOS管的导通、开关和EMI特性。时间相关的参数如Qg、Qgs、Qgd、td(on)、tr、td(off)和tf影响开关速度和损耗。输出特性曲线和转移特性曲线提供了电流和电压之间的关系。MOS管的导通电阻随温度变化，而寄生二极管提供了保护作用。在实际应用中，主要考虑关键参数如VDS、ID、RDS(ON)、PD、VGS(th)和开关时间等，以确保MOS管在安全工作区内运行。

正文

MOS管数据手册上的相关参数有很多，以MOS管VBZM7N60为例，下面一起来看一看，MOS管的数据手册一般会包含哪些参数吧。
     

     

极限参数也叫绝对最大额定参数，MOS管在使用过程当中，任何情况下都不能超过下图的这些极限参数，否则MOS管有可能损坏。      

     

V_DS表示漏极与源极之间所能施加的最大电压值。      

V_GS表示栅极与源极之间所能施加的最大电压值。      

I_D表示漏极可承受的持续电流值，如果流过的电流超过该值，会引起击穿的风险。      

I_DM表示的是漏源之间可承受的单次脉冲电流强度，如果超过该值，会引起击穿的风险。      

     

E_AS表示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。E_AS标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。      

     

P_D表示最大耗散功率，是指MOS性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率，使用时要注意MOS的实际功耗应小于此参数并留有一定余量，此参数一般会随结温的上升而有所减额。（此参数靠不住）      

     

T_J, T_stg，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，应避免超过这个温度，并留有一定余量，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。      

     

dV/dt反映的是器件承受电压变化速率的能力，越大越好。对系统来说，过高的dv/dt必然会带来高的电压尖峰，较差的EMI特性，不过该变化速率通过系统电路可以进行修正。      

     

     

     

热阻表示热传导的难易程度，热阻分为沟道-环境之间的热阻、沟道-封装之间的热阻，热阻越小，表示散热性能越好。      

     

     

     

     

△V_DS/T_J表示的是漏源击穿电压的温度系数，正温度系数，其值越小，表明稳定性越好。

V_GS(th)表示的是MOS的开启电压(阀值电压)，对于NMOS，当外加栅极控制电压 V_GS超过 V_GS(th)时，NMOS就会导通。

I_GSS表示栅极驱动漏电流，越小越好，对系统效率有较小程度的影响。

I_DSS表示漏源漏电流，栅极电压 V_GS=0 、 V_DS 为一定值时的漏源漏流，一般在微安级。

R_DS(ON)表示MOS的导通电阻，一般来说导通电阻越小越好，其决定MOS的导通损耗，导通电阻越大损耗越大，MOS温升也越高，在大功率电源中，导通损耗会占MOS整个损耗中较大的比例。

g_fs表示正向跨导，反映的是栅极电压对漏源电流控制的能力，g_fs过小会导致MOSFET关断速度降低，关断能力减弱，过大会导致关断过快，EMI特性差，同时伴随关断时漏源会产生更大的关断电压尖峰。

C_iss表示输入电容，C_iss=C_gs+C_gd，该参数会影响MOS的开关时间，该值越大，同样驱动能力下，开通及关断时间就越慢，开关损耗也就越大。

C_oss表示输出电容，C_oss=C_ds+C_gd；C_rss表示反向传输电容，C_rss=C_gd(米勒电容)。这两项参数对MOSFET关断时间略有影响，其中C_gd会影响到漏极有异常高电压时，传输到MOSFET栅极电压能量的大小，会对雷击测试项目有一定影响。

Q_g、Q_gs、Q_gd、t_d(on)、t_r、t_d(off）、t_f这些参数都是与时间相互关联的参数。开关速度越快对应的优点是开关损耗越小，效率高，温升低，对应的缺点是EMI特性差，MOSFET关断尖峰过高。

I_S 、I_SM这些参数如果过小，会有电流击穿风险。

V_SD、t_rr如果过大，在桥式或LCC系统中会导致系统损耗过大，温升过高。

Q_rr该参数与充电时间成正比，一般越小越好。

输出特性曲线是用来描述MOS管电流和电压之间关系的曲线，特性曲线会受结温的影响，一般数据手册上会列出两种温度下的特性曲线。

根据MOS管的输出特性曲线，取U_ds其中的一点，然后用作图的方法，可取得到相应的转移特性曲线。从转移特性曲线上可以看出当U_ds为某值时，I_d与U_gs之间的关系。

MOS的导通电阻跟结温是呈现正温度系数变化的，也就是结温越高，导通电阻越大。MOS数据手册上一般会画出当VGS=10V时的导通电阻随温度变化的曲线。

电容容量值越小，栅极总充电电量Q_G越小，开关速度越快，开关损耗就越小，开关电源DC/DC变换器等应用，要求较小的Q_G值。

MOS管一般会有一个寄生二极管，寄生二极管对MOS管有保护的作用，它的特性跟普通的二极管是一样的，也具有正向导通的特性。
           

最大安全工作区是由一系列(电压，电流)坐标点形成的一个二维区域，MOS管工作时的电压和电流都不能超过该区域，如果超过这个区域就存在危险。            

可以看到，MOS管的相关参数其实有很多，其实，在一般应用中，我们主要考虑漏源击穿电压V_DS、持续漏极电流I_D、导通电阻R_DS(ON)、最大耗散功率P_D、开启电压V_GS(th)，开关时间，工作温度范围等参数就可以了。