英飞凌功率MOSFET产品的参数分析与研究

在上篇文章中，介绍了功率MOSFET的基本参数Rds（on）、VBR（DSS）、Qgs、和Vgs。为了更深入的理解功率MOSFET的其它一些参数，本文仍然选用英飞凌公司的功率MOSFET为例，型号为IPD90N06S4-04。为了使每个参数的说明更具备直观性和易于理解，所有的表格和图表也是从IPD90N06S4-04中摘录出来的。下面就对这些参数做逐一的介绍。

如果需要更好的理解功率MOSFET，则需要了解更多的一些参数，这些参数对于设计都是十分必要和有用的。这些参数是ID、Rthjc、SOA、Transfer Curve、和EAS。

ID：定义了在室温下漏级可以长期工作的电流。需要注意的是，这个ID电流的是在Vgs在给定电压下， Tc=25℃下的ID电流值。

ID的大小可以由以下的公式计算：

以IPD90N06S4-04为例，计算出的结果等于169A。为何在数据表上只标注90A呢？这是因为最大的电流受限于封装脚位与焊线直径，在数据表的注释1）中可以看到详细的解释。如下表所示：

此外，数据表中还给出了ID和结温之间的曲线关系。从下表中可以看出，当环境温度升高时， ID会随着温度而变化。在最差的情况下，需要考虑在最大环境温度下的ID的电流仍然满足电路设计的正常电流的要求。

Rthjc：设计者需要非常关注的设计参数，特别是当需要计算功率MOSFET在单脉冲和不同占空比时的功率损耗时，就需要查看这个数据表来进行设计估算。笔者将在如何用数据表来进行设计估算中来具体解释。

SOA：功率MOSFET的过载能力较低，为了保证器件安全工作，具有较高的稳定性和较长的寿命，对器件承受的电流、电压、和功率有一定的限制。把这种限制用Uds-Id坐标平面表示，便构成功率MOSFET的安全工作区 （Safe Operating Area，缩称SOA）。同一种器件，其SOA的大小与偏置电压、冷却条件、和开关方式等都有关系。如果要细分SOA，还有二种分法。按栅极偏置分为正偏置SOA和反偏置SOA；按信号占空比来分为直流SOA、单脉冲SOA、和重复脉冲SOA。

功率MOSFET在开通过程及稳定导通时必须保持栅极的正确偏置，正偏置SOA是器件处于通态下容许的工作范围；相反，当关断器件时，为了提高关断速度和可靠性，需要使栅极处于反偏置，所以反偏置SOA是器件关断时容许的工作范围。

直流SOA相当于占空比－》1是的工作条件；单脉冲SOA则对应于占空比－》 0时的工作条件；重复脉冲SOA对应于占空比在0 《 D 《 1时的工作条件。从数据表上可以看出：单脉冲SOA最大，重复脉冲SOA次之，直流SOA最窄。

Transfer Curve：是用图表的方式表达出ID和Vgs的函数关系。厂商会给出在不同环境温度下的三条曲线。通常这三条曲线都会相交与一点，这个点叫做温度稳定点。

如果加在MOSFET的Vgs低于温度稳定点（在IPD90N06S4-04中是Vgs＜6.2V，此时的MOSFET是正温度系数的，就是说，ID的电流是随着结温同时增加的。在设计中，在大电流的设计中时，应避免使功率MOSFET工作在正温度系数区域。

当Vgs超过温度稳定点（在IPD90N06S4-04中是Vgs》6.2V）， MOSFET是正温度系数的， 就是说，ID的电流是随着结温的增加是减少的。这在实际应用中是一个非常好的特性，特别是是在大电流的设计应用中时，这个特性会帮助功率MOSFET通过减少Vgs电流来减少结温的增加。

EAS： 为了了解在雪崩电流情况下功率MOSFET的工作情况，数据表中给出了雪崩电流和时间对应的曲线，这个曲线上可以读出在相应的雪崩电流下，功率MOSFET在不损坏的情况下能够承受的时间。对于同样的雪崩能量，如果雪崩电流减少，能够承受的时间会变长，反之亦然。环境温度对于雪崩电流的等级也有影响，当环境温度升高时，由于收到最大结温的限制，能够承受的雪崩电流会减少。

数据表中给出了功率MOSFET能够承受的雪崩能量的值。在次例子中，室温下的EAS=331mJ

上表给出的只是在室温下的EAS，在设计中还需要用到在不同环境温度下的EAS，厂商在数据表中也会给出，如下图所示。

作者简介：

高杨

近20年在汽车电子TOP10公司经验，特别是在车载控制器领域（多媒体、车身、驾驶辅助及VCU）。曾任职博世汽车专家级工程师，超过10年在汽车零部件（博世和大陆汽车），5+年汽车半导体（德州仪器和英飞凌），历任多种资深（系统、设计、产品）工程师职务。丰富的平台开发（从0到1）及产品开发的工程经验和技术积累。 Ford SYNC第一代的核心硬件工程师，定义和开发了德州仪器（TI）第一款智能高边驱动器（TPS1H100-Q1），填补了公司在汽车电子市场的技术路线和市场空白。 整理和标准化了与设计开发的技术文件，可以直接用于指导设计及融入公司的文件体系中，满足体系审查要求和提高公司的设计流程和管理水平。硬件设计流程管理的模板（45+篇），硬件设计评审和检查清单模板（50+篇）。 企业内训师认证（TTT） ，超过2500页汽车电子设计培训内容PPT，满足从入门、中级及高级汽车电子设计的培训要求，目前在4家企业内部实施过培训，收到了很好的反馈。 目前获得13件汽车电子专利（截止2019年12月）。《EDN电子技术设计》汽车电子专栏作者

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