„MOSFET“ ist die Abkürzung für Metal Oxide Semicoductor Field Effect Transistor. Es handelt sich um ein Gerät aus drei Materialien: Metall, Oxid (SiO2 oder SiN) und Halbleiter. MOSFET ist eines der grundlegendsten Geräte im Halbleiterbereich. Ob es sich um IC-Design oder Schaltungsanwendungen auf Platinenebene handelt, es ist sehr umfangreich. Zu den Hauptparametern von MOSFET gehören ID, IDM, VGSS, V(BR)DSS, RDS(on), VGS(th) usw. Kennen Sie diese? OLUKEY Company ist ein taiwanesisches Mittel- und Niederspannungsunternehmen der mittleren bis oberen PreisklasseMOSFETAgent-Dienstleister, verfügt über ein Kernteam mit fast 20 Jahren Erfahrung, um Ihnen die verschiedenen Parameter von MOSFET im Detail zu erklären!
Beschreibung der Bedeutung der MOSFET-Parameter
1. Extreme Parameter:
ID: Maximaler Drain-Source-Strom. Es bezieht sich auf den maximalen Strom, der zwischen Drain und Source fließen darf, wenn der Feldeffekttransistor normal arbeitet. Der Betriebsstrom des Feldeffekttransistors sollte ID nicht überschreiten. Dieser Parameter nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab.
IDM: Maximaler gepulster Drain-Source-Strom. Dieser Parameter nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab, was eine Schlagfestigkeit widerspiegelt und auch mit der Impulszeit zusammenhängt. Wenn dieser Parameter zu klein ist, besteht möglicherweise die Gefahr, dass das System während des OCP-Tests durch Strom ausfällt.
PD: Maximale Verlustleistung. Es bezieht sich auf die maximal zulässige Drain-Source-Verlustleistung, ohne dass die Leistung des Feldeffekttransistors beeinträchtigt wird. Bei Verwendung sollte der tatsächliche Stromverbrauch des FET geringer sein als der des PDSM und einen gewissen Spielraum lassen. Dieser Parameter nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab
VDSS: Maximale Drain-Source-Spannungsfestigkeit. Die Drain-Source-Spannung, wenn der fließende Drain-Strom bei einer bestimmten Temperatur und einem Gate-Source-Kurzschluss einen bestimmten Wert erreicht (stark ansteigt). Die Drain-Source-Spannung wird in diesem Fall auch Lawinendurchbruchspannung genannt. VDSS hat einen positiven Temperaturkoeffizienten. Bei -50 °C beträgt VDSS etwa 90 % des Werts bei 25 °C. Aufgrund des normalerweise in der normalen Produktion verbleibenden Spielraums ist die Lawinendurchbruchspannung von MOSFETs immer größer als die Nennnennspannung.
OLUKEYWarme Tipps: Um die Zuverlässigkeit des Produkts unter den schlechtesten Arbeitsbedingungen zu gewährleisten, wird empfohlen, dass die Arbeitsspannung 80–90 % des Nennwerts nicht überschreitet.
VGSS: Maximale Gate-Source-Spannung. Er bezieht sich auf den VGS-Wert, wenn der Sperrstrom zwischen Gate und Source stark anzusteigen beginnt. Das Überschreiten dieses Spannungswerts führt zu einem dielektrischen Durchschlag der Gate-Oxidschicht, was einen zerstörerischen und irreversiblen Durchschlag darstellt.
TJ: Maximale Betriebssperrschichttemperatur. Normalerweise beträgt sie 150℃ oder 175℃. Unter den Arbeitsbedingungen des Gerätedesigns ist es notwendig, eine Überschreitung dieser Temperatur zu vermeiden und einen gewissen Spielraum zu lassen.
TSTG: Lagertemperaturbereich
Diese beiden Parameter, TJ und TSTG, kalibrieren den Sperrschichttemperaturbereich, der von der Arbeits- und Lagerumgebung des Geräts zugelassen wird. Dieser Temperaturbereich ist so eingestellt, dass er die Mindestbetriebsdaueranforderungen des Geräts erfüllt. Wenn gewährleistet ist, dass das Gerät innerhalb dieses Temperaturbereichs betrieben wird, verlängert sich seine Lebensdauer erheblich.
2. Statische Parameter
Die MOSFET-Testbedingungen sind im Allgemeinen 2,5 V, 4,5 V und 10 V.
V(BR)DSS: Drain-Source-Durchbruchspannung. Es bezieht sich auf die maximale Drain-Source-Spannung, der der Feldeffekttransistor standhalten kann, wenn die Gate-Source-Spannung VGS 0 beträgt. Dies ist ein begrenzender Parameter und die an den Feldeffekttransistor angelegte Betriebsspannung muss kleiner als V(BR) sein. DSS. Es hat positive Temperatureigenschaften. Daher sollte der Wert dieses Parameters bei niedrigen Temperaturen als Sicherheitsaspekt betrachtet werden.
△V(BR)DSS/△Tj: Temperaturkoeffizient der Drain-Source-Durchbruchspannung, im Allgemeinen 0,1 V/℃
RDS(on): Unter bestimmten Bedingungen von VGS (normalerweise 10 V), Sperrschichttemperatur und Drain-Strom der maximale Widerstand zwischen Drain und Source, wenn der MOSFET eingeschaltet ist. Dies ist ein sehr wichtiger Parameter, der den Stromverbrauch bestimmt, wenn der MOSFET eingeschaltet ist. Dieser Parameter nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur zu. Daher sollte der Wert dieses Parameters bei der höchsten Betriebssperrschichttemperatur zur Berechnung von Verlust und Spannungsabfall verwendet werden.
VGS(th): Einschaltspannung (Schwellenspannung). Wenn die externe Gate-Steuerspannung VGS VGS(th) überschreitet, bilden die Oberflächeninversionsschichten der Drain- und Source-Bereiche einen verbundenen Kanal. In Anwendungen wird die Gate-Spannung, wenn ID im Drain-Kurzschlusszustand 1 mA beträgt, oft als Einschaltspannung bezeichnet. Dieser Parameter nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab
IDSS: gesättigter Drain-Source-Strom, der Drain-Source-Strom, wenn die Gate-Spannung VGS = 0 und VDS einen bestimmten Wert hat. Im Allgemeinen auf Mikroampere-Ebene
IGSS: Gate-Source-Antriebsstrom oder Sperrstrom. Da die MOSFET-Eingangsimpedanz sehr groß ist, liegt IGSS im Allgemeinen im Nanoampere-Bereich.
3. Dynamische Parameter
gfs: Transkonduktanz. Es bezieht sich auf das Verhältnis der Änderung des Drain-Ausgangsstroms zur Änderung der Gate-Source-Spannung. Sie ist ein Maß für die Fähigkeit der Gate-Source-Spannung, den Drain-Strom zu steuern. Die Übertragungsbeziehung zwischen gfs und VGS entnehmen Sie bitte der Tabelle.
Qg: Gesamte Gate-Ladekapazität. MOSFET ist ein Spannungstreibergerät. Der Treiberprozess ist der Aufbau der Gate-Spannung. Dies wird durch Aufladen der Kapazität zwischen Gate-Source und Gate-Drain erreicht. Auf diesen Aspekt wird im Folgenden ausführlich eingegangen.
Qgs: Ladekapazität der Gate-Quelle
Qgd: Gate-to-Drain-Ladung (unter Berücksichtigung des Miller-Effekts). MOSFET ist ein Spannungstreibergerät. Der Treiberprozess ist der Aufbau der Gate-Spannung. Dies wird durch Aufladen der Kapazität zwischen Gate-Source und Gate-Drain erreicht.
Td(on): Leitungsverzögerungszeit. Die Zeit vom Anstieg der Eingangsspannung auf 10 % bis zum Abfall von VDS auf 90 % seiner Amplitude
Tr: Anstiegszeit, die Zeit, die die Ausgangsspannung VDS benötigt, um von 90 % auf 10 % ihrer Amplitude abzufallen
Td(off): Abschaltverzögerungszeit, die Zeit vom Abfall der Eingangsspannung auf 90 % bis zum Anstieg von VDS auf 10 % seiner Abschaltspannung
Tf: Abfallzeit, die Zeit, die die Ausgangsspannung VDS benötigt, um von 10 % auf 90 % ihrer Amplitude anzusteigen
Ciss: Eingangskapazität, Drain und Source kurzschließen und die Kapazität zwischen Gate und Source mit einem Wechselstromsignal messen. Ciss= CGD + CGS (CDS-Kurzschluss). Dies wirkt sich direkt auf die Ein- und Ausschaltverzögerung des Geräts aus.
Coss: Ausgangskapazität, Gate und Source kurzschließen und die Kapazität zwischen Drain und Source mit einem Wechselstromsignal messen. Coss = CDS +CGD
Crss: Rückwärtsübertragungskapazität. Wenn die Source mit Masse verbunden ist, beträgt die gemessene Kapazität zwischen Drain und Gate Crss=CGD. Einer der wichtigen Parameter für Schalter ist die Anstiegs- und Abfallzeit. Crss=CGD
Die Zwischenelektrodenkapazität und die MOSFET-induzierte Kapazität von MOSFETs werden von den meisten Herstellern in Eingangskapazität, Ausgangskapazität und Rückkopplungskapazität unterteilt. Die angegebenen Werte gelten für eine feste Drain-Source-Spannung. Diese Kapazitäten ändern sich, wenn sich die Drain-Source-Spannung ändert, und der Wert der Kapazität hat eine begrenzte Auswirkung. Der Wert der Eingangskapazität gibt nur einen ungefähren Hinweis auf die von der Treiberschaltung benötigte Ladung, wohingegen die Informationen zur Gate-Ladung nützlicher sind. Sie gibt an, wie viel Energie das Gate aufladen muss, um eine bestimmte Gate-Source-Spannung zu erreichen.
4. Charakteristische Parameter des Lawinendurchbruchs
Der Lawinendurchbruchskennwert ist ein Indikator für die Fähigkeit des MOSFET, Überspannungen im ausgeschalteten Zustand standzuhalten. Wenn die Spannung die Drain-Source-Grenzspannung überschreitet, befindet sich das Gerät im Lawinenzustand.
EAS: Einzelimpuls-Lawinendurchbruchsenergie. Dies ist ein Grenzparameter, der die maximale Lawinendurchbruchsenergie angibt, der der MOSFET standhalten kann.
IAR: Lawinenstrom
EAR: Wiederholte Lawinendurchbruchsenergie
5. In-vivo-Diodenparameter
IS: Kontinuierlicher maximaler Freilaufstrom (von der Quelle)
ISM: Puls maximaler Freilaufstrom (von der Quelle)
VSD: Vorwärtsspannungsabfall
Trr: Reverse-Recovery-Zeit
Qrr: Reverse-Charge-Rückgewinnung
Ton: Vorwärtsleitungszeit. (Grundsätzlich vernachlässigbar)
Definition der MOSFET-Einschaltzeit und -Ausschaltzeit
Im Bewerbungsprozess sind häufig folgende Merkmale zu berücksichtigen:
1. Positive Temperaturkoeffizienteneigenschaften von V (BR) DSS. Diese Eigenschaft, die sich von bipolaren Geräten unterscheidet, macht sie zuverlässiger, wenn die normale Betriebstemperatur steigt. Aber auch bei Kaltstarts bei niedrigen Temperaturen muss auf seine Zuverlässigkeit geachtet werden.
2. Eigenschaften des negativen Temperaturkoeffizienten von V(GS)th. Das Gate-Schwellenpotential nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur bis zu einem gewissen Grad ab. Einige Strahlungen verringern auch dieses Schwellenpotential, möglicherweise sogar unter das Nullpotential. Diese Funktion erfordert, dass Ingenieure in diesen Situationen auf Interferenzen und Fehlauslösungen von MOSFETs achten, insbesondere bei MOSFET-Anwendungen mit niedrigen Schwellenpotentialen. Aufgrund dieser Eigenschaft ist es manchmal erforderlich, das Sperrspannungspotential des Gate-Treibers auf einen negativen Wert zu legen (bezogen auf N-Typ, P-Typ usw.), um Interferenzen und Fehlauslösungen zu vermeiden.
3. Positive Temperaturkoeffizienteneigenschaften von VDSon/RDSo. Die Eigenschaft, dass VDSon/RDSon mit steigender Sperrschichttemperatur leicht zunimmt, ermöglicht die direkte Parallelschaltung von MOSFETs. Bipolare Geräte sind in dieser Hinsicht genau das Gegenteil, sodass ihre parallele Verwendung recht kompliziert wird. RDSon wird mit zunehmender ID ebenfalls leicht ansteigen. Diese Eigenschaft und die positiven Temperatureigenschaften von Sperrschicht- und Oberflächen-RDSon ermöglichen es MOSFETs, sekundäre Durchschläge wie bipolare Geräte zu vermeiden. Es ist jedoch zu beachten, dass die Wirkung dieser Funktion recht begrenzt ist. Bei Parallel-, Push-Pull- oder anderen Anwendungen kann man sich nicht vollständig auf die Selbstregulierung dieser Funktion verlassen. Einige grundlegende Maßnahmen sind noch erforderlich. Diese Eigenschaft erklärt auch, dass die Leitungsverluste bei hohen Temperaturen größer werden. Daher sollte bei der Verlustberechnung besonderes Augenmerk auf die Auswahl der Parameter gelegt werden.
4. Die Eigenschaften des negativen Temperaturkoeffizienten von ID, das Verständnis der MOSFET-Parameter und ihrer Haupteigenschaften von ID nehmen mit zunehmender Sperrschichttemperatur erheblich ab. Aufgrund dieser Eigenschaft ist es häufig erforderlich, bei der Konstruktion die ID-Parameter bei hohen Temperaturen zu berücksichtigen.
5. Eigenschaften des negativen Temperaturkoeffizienten der Lawinenfähigkeit IER/EAS. Nachdem die Sperrschichttemperatur ansteigt, ist zu beachten, dass der EAS erheblich reduziert wird, obwohl der MOSFET einen größeren V(BR)DSS aufweist. Das heißt, seine Fähigkeit, Lawinen bei hohen Temperaturen zu widerstehen, ist viel schwächer als bei normalen Temperaturen.
6. Die Leitfähigkeit und die Sperrverzögerungsleistung der parasitären Diode im MOSFET sind nicht besser als die gewöhnlicher Dioden. Es wird nicht erwartet, dass es im Design als Hauptstromträger in der Schleife verwendet wird. Sperrdioden werden oft in Reihe geschaltet, um die parasitären Dioden im Körper außer Kraft zu setzen, und zusätzliche parallele Dioden werden verwendet, um einen elektrischen Trägerkreis zu bilden. Bei kurzzeitiger Leitung oder einigen geringen Stromanforderungen wie Synchrongleichrichtung kann es jedoch als Träger betrachtet werden.
7. Der schnelle Anstieg des Drain-Potentials kann zu einer Fehlauslösung des Gate-Treibers führen. Daher muss diese Möglichkeit bei großen dVDS/dt-Anwendungen (schnell schaltende Hochfrequenzschaltkreise) in Betracht gezogen werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13. Dezember 2023
