Koliko znate o parametrima MOSFET-a? OLUKEY to analizira za vas

"MOSFET" je skraćenica od Metal Oxide Semicoductor Field Effect Transistor. To je uređaj izrađen od tri materijala: metala, oksida (SiO2 ili SiN) i poluvodiča. MOSFET je jedan od najosnovnijih uređaja u polju poluvodiča. Bilo da se radi o IC dizajnu ili primjenama sklopova na razini ploče, vrlo je opsežan. Glavni parametri MOSFET-a uključuju ID, IDM, VGSS, V(BR)DSS, RDS(on), VGS(th), itd. Znate li ove? Tvrtka OLUKEY, kao winsok tajvanska srednje do visoke klase srednje i niskonaponskeMOSFETposrednik pružatelj usluga, ima glavni tim s gotovo 20 godina iskustva koji vam detaljno objašnjava različite parametre MOSFET-a!

Slika: WINSOK MOSFETWSG03N10 list sa specifikacijama

Opis značenja MOSFET parametara

1. Ekstremni parametri:

ID: Maksimalna struja odvod-izvor. Odnosi se na maksimalnu dopuštenu struju između odvoda i sorsa kada tranzistor s efektom polja radi normalno. Radna struja tranzistora s efektom polja ne smije prelaziti ID. Ovaj se parametar smanjuje kako temperatura spoja raste.

IDM: Maksimalna impulsna struja odvod-izvor. Ovaj će se parametar smanjivati kako temperatura spoja raste, odražavajući otpornost na udar, a također je povezan s vremenom impulsa. Ako je ovaj parametar premali, sustav bi mogao biti u opasnosti od kvara zbog struje tijekom OCP testiranja.

PD: Maksimalna rasipana snaga. Odnosi se na maksimalno dopušteno rasipanje snage odvod-izvor bez pogoršanja performansi tranzistora s efektom polja. Kada se koristi, stvarna potrošnja energije FET-a trebala bi biti manja od one PDSM-a i ostaviti određenu marginu. Ovaj se parametar općenito smanjuje kako temperatura spoja raste

VDSS: Maksimalni otporni napon odvod-izvor. Napon odvod-izvor kada protočna odvodna struja dosegne određenu vrijednost (naglo poraste) pod određenom temperaturom i kratkim spojem vrata-izvora. Napon odvod-izvor u ovom slučaju naziva se i lavinski probojni napon. VDSS ima pozitivan temperaturni koeficijent. Na -50°C, VDSS je otprilike 90% onoga na 25°C. Zbog dodatka koji se obično ostavlja u normalnoj proizvodnji, lavinski probojni napon MOSFET-a uvijek je veći od nominalnog nazivnog napona.

OLUKEYTopli savjeti: Kako bi se osigurala pouzdanost proizvoda, u najgorim radnim uvjetima, preporučuje se da radni napon ne prelazi 80~90% nazivne vrijednosti.

VGSS: Maksimalni otporni napon izlaz-izvor. Odnosi se na VGS vrijednost kada povratna struja između vrata i izvora počinje naglo rasti. Prekoračenje ove vrijednosti napona uzrokovat će dielektrični slom oksidnog sloja vrata, što je destruktivan i nepovratan slom.

TJ: Maksimalna radna temperatura spoja. Obično je 150 ℃ ili 175 ℃. U radnim uvjetima dizajna uređaja, potrebno je izbjeći prekoračenje ove temperature i ostaviti određenu marginu.

TSTG: raspon temperature skladištenja

Ova dva parametra, TJ i TSTG, kalibriraju temperaturni raspon spoja koji dopušta radno okruženje uređaja i okruženje za pohranu. Ovaj temperaturni raspon postavljen je tako da zadovolji zahtjeve minimalnog radnog vijeka uređaja. Ako se osigura da uređaj radi unutar ovog temperaturnog raspona, njegov radni vijek bit će znatno produljen.

2. Statički parametri

Uvjeti ispitivanja MOSFET-a općenito su 2,5 V, 4,5 V i 10 V.

V(BR)DSS: Probojni napon odvod-izvor. Odnosi se na maksimalni drain-source napon koji tranzistor s efektom polja može izdržati kada je napon gate-source VGS 0. Ovo je ograničavajući parametar, a radni napon primijenjen na tranzistor s efektom polja mora biti manji od V(BR) DSS. Ima pozitivne temperaturne karakteristike. Stoga vrijednost ovog parametra u uvjetima niske temperature treba uzeti u obzir kao sigurnosno razmatranje.

△V(BR)DSS/△Tj: Temperaturni koeficijent probojnog napona odvod-izvor, općenito 0,1 V/℃

RDS(on): Pod određenim uvjetima VGS (obično 10V), temperature spoja i struje odvoda, maksimalni otpor između odvoda i izvora kada je MOSFET uključen. To je vrlo važan parametar koji određuje potrošenu snagu kada je MOSFET uključen. Ovaj parametar se općenito povećava kako raste temperatura spoja. Stoga se vrijednost ovog parametra pri najvišoj radnoj temperaturi spoja treba koristiti za proračun gubitka i pada napona.

VGS(th): napon uključivanja (napon praga). Kada vanjski upravljački napon vrata VGS premaši VGS(th), površinski inverzijski slojevi područja odvoda i izvora formiraju povezani kanal. U primjenama, napon vrata kada je ID jednak 1 mA u uvjetima kratkog spoja odvoda često se naziva napon uključivanja. Ovaj se parametar općenito smanjuje kako temperatura spoja raste

IDSS: zasićena struja odvod-izvor, struja odvod-izvor kada je napon vrata VGS=0 i VDS određena vrijednost. Općenito na razini mikroampera

IGSS: pogonska struja vrata-izvora ili povratna struja. Budući da je MOSFET ulazna impedancija vrlo velika, IGSS je općenito na razini nanoampera.

3. Dinamički parametri

gfs: transkonduktivnost. Odnosi se na omjer promjene izlazne struje odvoda i promjene napona gate-source. To je mjera sposobnosti napona gate-source da kontrolira struju odvoda. Pogledajte grafikon za odnos prijenosa između gfs-a i VGS-a.

Qg: Ukupni kapacitet punjenja vrata. MOSFET je pogonski uređaj naponskog tipa. Proces pokretanja je proces uspostavljanja napona vrata. To se postiže punjenjem kapacitivnosti između izvora i odvoda vrata. Ovaj aspekt će biti detaljno razmotren u nastavku.

Qgs: Kapacitet punjenja izvora izlaza

Qgd: naboj od vrata do odvoda (uzimajući u obzir Millerov učinak). MOSFET je pogonski uređaj naponskog tipa. Proces pokretanja je proces uspostavljanja napona vrata. To se postiže punjenjem kapacitivnosti između izvora i odvoda vrata.

Td(on): vrijeme kašnjenja provođenja. Vrijeme od kada ulazni napon poraste na 10% dok VDS ne padne na 90% svoje amplitude

Tr: vrijeme porasta, vrijeme za pad izlaznog napona VDS s 90% na 10% njegove amplitude

Td(off): Vrijeme odgode isključivanja, vrijeme od kada ulazni napon padne na 90% do kada VDS poraste na 10% svog napona isključivanja

Tf: Vrijeme pada, vrijeme za porast izlaznog napona VDS od 10% do 90% njegove amplitude

Ciss: Ulazni kapacitet, kratko spojite odvod i sors i izmjerite kapacitet između vrata i sorsa s izmjeničnim signalom. Ciss= CGD + CGS (CDS kratki spoj). Ima izravan utjecaj na kašnjenja uključivanja i isključivanja uređaja.

Coss: Izlazni kapacitet, kratko spojite vrata i izvor i izmjerite kapacitet između odvoda i izvora s izmjeničnim signalom. Coss = CDS +CGD

Crss: Kapacitivnost obrnutog prijenosa. S izvorom spojenim na masu, izmjereni kapacitet između odvoda i vrata Crss=CGD. Jedan od važnih parametara za prekidače je vrijeme porasta i pada. Crss=CGD

Međuelektrodni kapacitet i MOSFET inducirani kapacitet MOSFET-a većina proizvođača dijeli na ulazni kapacitet, izlazni kapacitet i povratni kapacitet. Navedene vrijednosti odnose se na fiksni napon odvod-izvor. Ti se kapaciteti mijenjaju kako se mijenja napon odvod-izvor, a vrijednost kapaciteta ima ograničen učinak. Vrijednost ulaznog kapaciteta daje samo približnu indikaciju punjenja potrebnog za pogonski krug, dok su informacije o punjenju vrata korisnije. Označava količinu energije koju vrata moraju napuniti da bi se postigao određeni napon između vrata i izvora.

4. Karakteristični parametri lavinskog proboja

Parametar karakteristike lavinskog proboja pokazatelj je sposobnosti MOSFET-a da izdrži prenapon u isključenom stanju. Ako napon prekorači granični napon odvod-izvor, uređaj će biti u stanju lavine.

EAS: Energija sloma lavine jednog pulsa. Ovo je granični parametar, koji pokazuje maksimalnu energiju proboja lavine koju MOSFET može izdržati.

IAR: lavinska struja

EAR: Ponovljena energija sloma lavine

5. In vivo parametri diode

IS: Kontinuirana maksimalna struja slobodnog hoda (iz izvora)

ISM: maksimalna pulsna struja slobodnog hoda (od izvora)

VSD: pad napona prema naprijed

Trr: obrnuto vrijeme oporavka

Qrr: Oporavak obrnute naplate

Ton: Vrijeme provođenja naprijed. (u suštini zanemarivo)

Karakteristični parametri lavinskog proboja WINSOK MOSFET-a

MOSFET vrijeme uključivanja i definicija vremena isključivanja

Tijekom procesa prijave često je potrebno uzeti u obzir sljedeće karakteristike:

1. Karakteristike pozitivnog temperaturnog koeficijenta V (BR) DSS. Ova karakteristika, koja se razlikuje od bipolarnih uređaja, čini ih pouzdanijima kako se normalne radne temperature povećavaju. Ali također morate obratiti pozornost na njegovu pouzdanost tijekom hladnih pokretanja na niskim temperaturama.

2. Karakteristike negativnog temperaturnog koeficijenta V(GS)th. Potencijal praga vrata smanjit će se do određene mjere kako se temperatura spoja povećava. Nešto zračenja također će smanjiti ovaj potencijal praga, moguće čak i ispod 0 potencijala. Ova značajka zahtijeva od inženjera da obrate pozornost na smetnje i lažno okidanje MOSFET-a u ovim situacijama, posebno za MOSFET aplikacije s niskim pragom potencijala. Zbog ove karakteristike, ponekad je potrebno dizajnirati potencijal isključenog napona pokretačkog sklopa na negativnu vrijednost (odnosi se na N-tip, P-tip i tako dalje) kako bi se izbjegle smetnje i lažno okidanje.

3. Karakteristike pozitivnog temperaturnog koeficijenta VDSon/RDSo. Karakteristika da se VDSon/RDSon lagano povećava kako raste temperatura spoja omogućuje izravnu paralelnu upotrebu MOSFET-a. Bipolarni uređaji su u tom pogledu upravo suprotni, pa njihova paralelna uporaba postaje dosta komplicirana. RDSon će se također malo povećati kako ID raste. Ova karakteristika i karakteristike pozitivne temperature spoja i površine RDSon omogućuju MOSFET-u da izbjegne sekundarni kvar poput bipolarnih uređaja. Međutim, treba napomenuti da je učinak ove značajke prilično ograničen. Kada se koristi u paralelnim, push-pull ili drugim aplikacijama, ne možete se potpuno osloniti na samoregulaciju ove značajke. I dalje su potrebne neke temeljne mjere. Ova karakteristika također objašnjava da gubici vodljivosti postaju veći na visokim temperaturama. Stoga pri proračunu gubitaka posebnu pozornost treba posvetiti odabiru parametara.

4. Karakteristike negativnog temperaturnog koeficijenta ID-a, razumijevanje parametara MOSFET-a i njegovih glavnih karakteristika ID značajno će se smanjiti kako temperatura spoja raste. Zbog ove karakteristike često je potrebno uzeti u obzir njegove ID parametre pri visokim temperaturama tijekom projektiranja.

5. Karakteristike negativnog temperaturnog koeficijenta lavinske sposobnosti IER/EAS. Nakon povećanja temperature spoja, iako će MOSFET imati veći V(BR)DSS, treba napomenuti da će EAS biti značajno smanjen. Odnosno, njegova sposobnost da izdrži lavine u uvjetima visokih temperatura mnogo je slabija od one na normalnim temperaturama.

6. Sposobnost vodljivosti i izvedba povratnog oporavka parazitske diode u MOSFET-u nisu ništa bolje od onih običnih dioda. Ne očekuje se da će se koristiti kao glavni nositelj struje u petlji u dizajnu. Blokirajuće diode često se spajaju u seriju kako bi onesposobile parazitske diode u tijelu, a dodatne paralelne diode koriste se za formiranje električnog nosača kruga. Međutim, može se smatrati nositeljem u slučaju kratkotrajnog provođenja ili nekih zahtjeva male struje kao što je sinkrono ispravljanje.

7. Brzi porast potencijala odvoda može uzrokovati lažno okidanje pogona vrata, tako da ovu mogućnost treba razmotriti u velikim dVDS/dt aplikacijama (visokofrekventni brzi sklopni krugovi).