功率MOSFET的特性.pdf_mosfet静态特性资源-CSDN文库

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1. 绝对最大额定值及电特性

1.1 绝对最大额定值

将绝对最大额定值项目的耐压 V

DSS

、漏极电流 I

和沟道损耗容限 Pch，分别规定为独立的项目。此外，还

表示上述项目在任何使用条件下都不能超过额定值。绝对最大额定值的项目与其他特性之间大多存在着密切的

联系，因此必须注意不要使各个项目同时达到最大额定值。

(1) 漏极/源极耐压　V

DSS

该项表示在栅极 / 源极之间短路时可外加到漏极 / 源极之间的最大电压。 V

DSS

因温度的变化而产生波

动。当如图1所示的结温Tj上升到100°C时，V

(BR)DSS

增加约10%。必须注意当Tj下降时，V

(BR)DSS

也

会以相同的比率下降。

图1 相对于结温的V

(BR)DSS

变化率

(2) 栅极/源极耐压　V

GSS

当漏极/源极之间短路时，对在栅极/源极之间插入保护二极管的器件进行测量，而对于没有保护二极

管的器件无法进行测量。

(3) 漏极电流I

、漏极峰值电流　I

D(peak)

或者I

D(pulse)

在沟道损耗容限内，可在漏极连续通入的直流电流最大值用I

表示，在平均电流不超过I

的范围内，

可通入的交流漏极电流的峰值用I

D(peak)

或者I

D(pulse)

表示。

一般情况下工作时的I

空许值，可根据以下公式进行计算：

···············································①

同样， I

D(peak)

的容许值也可根据以下公式进行计算：

···································②

但是，

Tch max. ：沟道最高温度(150°C)

Tc ：外壳温度

θch-c ：直流时的热阻

θch-c(t) ：过渡热阻

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

(BR)DSS

ⱘ⏽ᑺব࣪⥛

㒧⏽T

(°C)

–50 –25 0 25 50 75 100 125 150

=10mA

功率MOS FET

功率MOS FET的特性

Tch Tc

ch c R

Dmax.

DS(on)

max.

(A)=

−

−⋅

Tch Tc

ch c R

(peak)

(on)

max.

(t) max.

(A)=

−

−⋅

MOS-TECH Semiconductor Co.,LTD

  

功率 MOS FET

功率 MOS FET 的特性

DS(on)max.

：漏极/源极通态电阻的最大值

S(t)

：标准过渡热阻

（此处为单触发脉冲）

此外关于脉宽PW和占空比 n%的θch–c(t)，可根据以下公式来计算：

··········································③

关于公式①②中的R

DS(on)max.，

在考虑到最坏条件的基础上使用Tch=150°C的 R

DS(on)max.

（根据数据表

的R

DS(on)

-Tc 特性曲线）值。

使用《计算例子》 2SK1166，在PW=10μs、 duty=10%、 Tc=80°Cmax.时的I

D(peak)

容许值为?

(i) 在PW=10μs、duty=10%的条件下，根据数据表（图2）的过渡热阻可知γ

s(t)

≈0.12，所以 θch-c(t)=γ

s(t)

θch-c(t)=0.12×1.25=0.15°C/W。

(ii) 根据数据表， 2SK1166的 R

DS(on)max

为0.6Ω，可以算出Tch=150°C时的R

DS(on)max

约为

2.4×0.6=1.44Ω。

然后，把各个常数代入到公式②进行计算，即可获得如下所示的约18A。

【注】 R

DS(on)max.

使用的是产品目录测量条件下的值，但是，必须确认在安装I

D(peak)

条件下的R

DS(on)

。

(4) 反向漏极电流　I

该项表示在沟道损耗容限范围内，源极/漏极之间等效形成的内置二极管可连续通入的最大反向直流电

流。本特性在马达控制用途的 H 桥电路中作为整流二极管使用，但可能因电路工作条件而发生损坏，

所以在使用时请参照8.1 内部二极管的使用注意事项。

图2 2SK1165、 2SK1166过渡热阻特性（数据表）

(5) 沟道损耗容限　Pch或者P

该项表示在规定的散热条件下，可在晶体管内连续消耗的漏极损耗的最大值。必须根据外壳温度Tc 用

以下公式进行减额：

·················································· ④

此外，可以通过数据表的过渡热阻特性及以下公式计算出过渡时的沟道损耗容限Pch(t)：

··································································· ⑤

Pulse Width PW(s)

Normalized Transient Thermal Impedance γ

(t)

1.0

0.1

0.3

D=1

10μ

0.03

0.01

100μ 10m 100m 1 101m

=25°C

0.5

0.2

0.1

0.05

0.02

0.01

1 Shot Pulse

θch–c(t)= γ

(t) · θch–c

θch–c=1.25°C/W, T

=25°C

θθ γch c ch c−= − +−

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

⎧

⎨

⎩

⎫

⎬

⎭

(t) S(t)

100

Pch Pch

Tch Tc

Tch

(Tc)

max.

(25 C)

=×

−

Pch(t)

Tch max. Tc

ch c(t)

−

−θ

≈

D(peak)

−

150 80

015 144

MOS-TECH Semiconductor Co.,LTD

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功率 MOS FET

功率 MOS FET 的特性

(5) 栅极/源极截止电压　V

GS(off)

该项表示功率MOS FET开始传导的栅极阈电压，用V

GS(off)

或者V

GS(th)

符号表示。V

GS(off)

会随温度而

波动，如图4所示具有负温度系数。其值根据产品不同略有差异，温度系数在-5～ 7mV/°C范围内。测

量条件对V

和I

作了规定。

图4 相对于结温的V

GS(off)

变化

(6) 漏极/源极通态电阻　R

DS(on)

通态电阻R

DS(on)

是功率MOS FET最重要的参数之一，测量条件对I

和V

作了规定。

DS(on)

会根据V

产生大幅度的波动。即为了使R

DS(on)

为最小值，必须外加最低约10V的电压以使器

件能够在电阻范围（低损耗）内工作（但是，对于通过4V就可驱动的系列，如果外加约5V的电压，

就可获得充分的电阻范围）。 V

即使在超出 12～ 15V 的条件下，对于降低 R

DS(on)

也没有太大效果。

如果增加不必要的栅压，就会导致充电电流增大。一旦驱动损耗增加，在栅极/源极之间就容易产生峰

值电压。而且使断开延迟时间t

d(off)

变长（上升时间t

变短）。

DS(on)

随漏极电流I

而变化，如果漏极电流超出最大额定电流，R

DS(on)

就会增加。此外R

DS(on)

还具有

正的温度依存性，关于各品种的温度特性（以漏极电流作为参数）请参照数据表中所记载的内容。

(7) 正向传输导纳|y

功率MOS FET的增益表示方法与双极型晶体管通过h

表示增益的方法相同。数据表中所记载的|y

|，

通过相对于栅压变化的漏极电流的变化率 (|y

|=ΔI

/ΔV

) 进行定义。当器件在有源区域（线性电路）

工作时， |y

|是重要的参数；但在饱和区域（开关电路）工作时，不是常用的参数。

测量条件对V

·R

DS(on)max.

)和I

作了规定。

(8) 各个电容　Ciss、 Coss、 Crss

输入电容Ciss、输出电容Coss及反向传输电容Crss存在如下关系：

Ciss=Cgs+Cgd

Coss=Cds+Cgd

Crss=Cgd

其中，

Cgs：栅极/源极之间的电容

Cds：漏极/源极之间的电容

Cgd：栅极/漏极之间的电容

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

㒧⏽T

(°C)

–50 –25 0 25 50 75 100 125 150

󰵺ᵕ

⑤ᵕ៾ℶ⬉V

(off)

(V)

MOS-TECH Semiconductor Co.,LTD

  

功率 MOS FET

功率 MOS FET 的特性

Cgs和Cgd主要由芯片尺寸与硅栅极氧化膜的厚度来决定。 Cds为 P-N结处的电容，由漏极区域的结处

面积与在结处外加反向偏压时形成的耗尽层扩展宽度来决定。测量条件对V

、V

和f作了规定。该

项几乎不受各电容温度的影响。

在功率MOS FET的驱动电路设计阶段，为了给驱动损耗和输入电容充电，在计算必须的峰值电流时使

用输入电容Ciss。但是，使用数据表中所记载的数值时会产生问题。因此，在计算时请参照5. 输入动

态特性。此外，记载了有关茂鈿功率MOS FET各品种的输入动态特性。

(9) 开关时间　t

d(on)

、 t

d(off)

、 t

开关时间受到测量电路的信号源阻抗R

与漏极负载电阻R

很大的影响。测量条件对V

、R

、V

、

以及测量电路作了规定。信号源阻抗规定连接50Ω的脉冲发生器。实际使用时，通过减小 R

实现高

速化。该项几乎不受温度的影响。

接通延迟时间t

d(on)

是指，从输入栅压波形上升10%到输出电压波形上升10%的时间。该值略受V

GS(off)

值的影响， V

GS(off)

的值越小时间越短。

上升时间t

是指，从输出电压波形上升10%到 90%的时间。该值受到V

和V

GS(off)

值的影响， V

的

值越大时间越短，而V

GS(off)

的值越小时间越短。

断开延迟时间t

d(off)

是指，从输入栅压波形下降90%到输出电压波形下降90%的时间。该值受到V

和

GS(off)

值的影响，V

的值越小时间越短，而V

GS(off)

的值越大时间越短。在开关工作并联时，为了保

持过渡时的电流平衡，使V

GS(off)

一致是非常有效的方法。

下降时间t

是指，从输出电压波形下降90%到10%的时间。该值最易受到负载电阻R

的影响，R

越大

（小负载）时间越长。这是由断开时给漏极/源极电容Cds充电的时间常数得出的结论。

(10) 二极管正向电压　V

该项表示漏极/源极之间等效形成的内置二极管的正向电压，测量条件对I

作了规定，并且V

=0。此

外，由于对栅极外加正向偏压就能够形成沟道，所以该值为I

×R

DS(on)

，并且根据所使用的电流范围，

与普通二极管相比， V

会变小。温度特性与普通二极管一样具有负的温度系数（约-2.4mV/°C）。

(11) 反向恢复时间　t

该项表示漏极/源极之间等效形成的内置二极管的反向恢复时间，即如图5所示的时间。测量条件对I

、

di/dt 和测量电路作了规定，并且 V

=0，。本特性在马达控制用途等的 H 桥电路中作为整流二极管使

用，因此t

为高速， i

越小损耗越低。 t

、 i

受到di/dt的影响， di/dt越是稳定t

就会越长，而i

就越

小。 t

为从i

到二极管耐压的恢复时间，通常将di

/dt的稳定特性（i

恢复为0时，看不到振动波形）

称为软波形，在该波形时，噪声特性良好。 di/dt越是稳定， t

就越容易成为软波形。 di/dt由接通时间

（可通过栅极外接电阻来改变）、电路的寄生电感及电源电压等来决定。t

会根据温度发生波动，并随

温度上升而略微变长。

图5 反向恢复时间t

的波形

di/dt

/dt

0.1 i

MOS-TECH Semiconductor Co.,LTD

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