MOSFET的功率电流分析

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1、MOSFET的功率电流分析通常，在功率MOSFET的数据表中的第一页，列出了连续漏极电流ID，脉冲漏极电流IDM，雪崩电流IAV的额定值，然后对于许多电子工程师来说，他们对于这些电流值的定义以及在实际的设计过程中，它们如何影响系统以及如何选取这些电流值，常常感到困惑不解，本文将系统的阐述这些问题,并说明了在实际的应用过程中如何考虑这些因素，最后给出了选取它们的原则。    连续漏极电流连续漏极电流在功率MOSFET的数据表中表示为ID。对于功率MOSFET来说，通常连续漏极电流ID是一个计算值。当器件的封装和芯片的大小一定时，如对于底部有裸露铜皮的封装DPAK，TO220，D

2、2PAK，DFN5*6等，那么器件的结到裸露铜皮的热阻RθJC是一个确定值，根据硅片允许的最大工作结温TJ和裸露铜皮的温度TC，为常温25℃，就可以得到器件允许的最大的功耗PD：当功率MOSFET流过最大的连续漏极电流时，产生最大功耗为PD：因此，二式联立，可以得到最大的连续漏极电流ID的计算公式： (1)其中，RDS(ON)_TJ(max)为在最大工作结温TJ下，功率MOSFET的导通电阻；通常，硅片允许的最大工作结温为150℃。需要说明的是：上述的电流是基于最大结温的计算值；事实上，它还要受到封装的限制。在数据表中，许多公司表示的是基于封装限制最大的连续漏极电流，而有些公

3、司表示的是基于最大结温的电流，那么它通常会在数据表注释中进行说明，并示出基于封装限制的最大的连续漏极电流。在公式（1）中，需要测量器件的热阻RθJC，对于数据表中的热阻都是在一定的条件下测试的，通常是将器件安装在一个1平方英寸2oz的铜皮的PCB上，对于底部有裸露铜皮的封装，等效热阻模型如图1所示。如果没有裸露铜皮的封装，如SOT23，SO8等，图1中的RθJC通常要改变为RθJL，RθJL就是结到管脚的热阻，这个管脚是芯片内部与衬底相连的那个管脚。图1等效热阻模型功率MOSFET有一个反并联的寄生二极管，二极管相当于一个温度传感器，一定的温度对应着一定的二极管的压降，通常，

4、二极管的压降和温度曲线需要进行校准。测试时，功率MOSFET的反并联的寄生二极管中通过一定的电流，当器件进入热平衡状态时，测量二极管的压降、器件裸露铜皮或与芯片内部衬底相连的管脚的温度，以及环境温度。通过二极管的压降和通过的电流，可以计算功耗；通过二极管的压降可以查到结温，根据功耗、结温和器件裸露铜皮或与芯片内部衬底相连的管脚的温度，可以计算得到RθJC或RθJL。根据功耗、结温和环境温度，还可以计算得到RθJA。特别强调的是，RθJC不是结到器件的塑料外壳温度。RθJA是器件装在一定尺寸的PCB板测量的值，不是只靠器件本身单独散热时的测试值。实际的应用中，通常RθJT+Rθ

5、JA>>RθJC+RθCA，器件结到环境的热阻通常近似为：RθJA≈RθJC+RθCA热阻RθJC确定了，就可以用公式（1）计算功率MOSFET的电流值连续漏极电流ID，当环境温度升高时，相应的ID的值也会降低。裸露铜皮的封装，使用RθJC或RθJA来校核功率MOSFET的结温，通常可以增大散热器，提高器件通过电流的能力。底部没有裸露铜皮的封装，使用RθJL或RθJA来校核功率MOSFET的结温，其散热的能力主要受限于晶片到PCB的热阻。数据表中ID只考虑导通损耗，在实际的设计过程中，要计算功率MOSFET的最大功耗包括导通损耗、开关损耗、寄生二极管的损耗等，然后再根据功耗和

6、热阻来校核结温，保证其结温小于最大的允许值，最好有一定的裕量。上述计算过程中，ID是基于硅片的最大允许结温来计算的，实际的ID还要受到封装的影响，特别是底部具有裸露铜皮的封装。封装限制通常是指连接线的电流处理能力。对于额定的连接线的电流限制，常用的方法是基于连接线的熔化温度。当连接线的温度大于220℃时，会导致外壳塑料的熔化分解。在许多情况下，硅电阻高于线的电阻的10倍以上，大部分的热产生于硅的表面，最热的点在硅片上，而且结温通常要低于220℃,因此不会存在连接线的熔化问题。连接线的熔化只有在器件损坏的时候才会发生。有裸露铜皮器件在封装过程中硅片通过焊料焊在框架上，焊料中的空

7、气以及硅片与框架焊接的平整度会使局部的连接电阻分布不均匀，通过连接线连接硅片的管脚，在连接线和硅片结合处会产生较高的连接电阻，因此实际的连续漏极电流ID会小于数基于结温计算的电流。基于封装限制的电流是测试的实际工作的最大电流，因此，在数据表中，寄生二极管的电流通常也用这个值表示。　脉冲漏极电流脉冲漏极电流在功率MOSFET的数据表中表示为IDM，对于这个电流值，许多工程师不明白它是如何定义的。通常，功率MOSFET也可以工作在饱和区，即放大区恒流状态。如果功率MOSFET稳态工作在可变电阻区，此时，对应