MOSFET基本參數(shù)與原理.ppt

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POWERMOSFET參數(shù)特性簡(jiǎn)介FORDATASHEET 簡(jiǎn)介 MOSFET MOSFETINTRODUCTIONDCPARAMETERACPARAMETERPOWERRELATEDDATASHEETEXAMPLE MOSFETINTRODUCTION POWERMOSFET又稱DMOS doublediffusedmos 在發(fā)展之前 唯一較高速 適中功率元件只有雙載子功率電晶體 POWERBJT 此元件為達(dá)至一大電流的應(yīng)用 因此與傳統(tǒng)MOS不同的是其電流流向?yàn)榇怪狈较蛄鲃?dòng) 雖然BJT可達(dá)到相當(dāng)高的電流和耐壓額定 但它相對(duì)較高的基極驅(qū)動(dòng)電流卻使周邊的線路設(shè)計(jì)顯得相當(dāng)困難 再加上它容易發(fā)生二次崩潰 以及負(fù)崩潰溫度係數(shù)導(dǎo)致很難平行化此元件 基於這種缺點(diǎn) POWERMOS在70年代發(fā)展之後就很的取代了BJT POWERMOS不但沒(méi)有BJT的缺點(diǎn) 且在TURN OFF也沒(méi)有少數(shù)載子的存在 使得操作速度可以更快 且具有很大的安全操作範(fàn)圍 種種優(yōu)勢(shì)使得POWERMOS成為許多應(yīng)用上的主要元件 MOSFETINTRODUCTION UNITCELLSEM TOP VIEW WIREBOND DCPARAMETERBVDSS VDS LEAKAGE IDSS BVGSS VGS LEAKAGE IGSS ON RESISTANCE RDSON THRESHOLDVOLTAGE VGS TH FORWARDTRANSCONDUCTANCE GFS DIODEFORWARDVOLTAGE VFSD MOSFET參數(shù)特性 DCPARAMETER BVDSS 此為Drain端 Source端所能承受電壓值 主要受制內(nèi)藏逆向二極體的耐壓 其測(cè)試條件為VGS 0V ID 250uA 該特性與溫度成正比 IDSS 即所謂的洩漏電流 通常很小 但是有時(shí)為了確保耐壓 在晶片周?chē)脑O(shè)計(jì) 多少會(huì)有洩漏電流成分存在 此最大可能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值10倍以上 該特性與溫度成正比 DCPARAMETER BVDSS IDSS BVGSS 此為GATE端 Source端的絕緣層所能承受電壓值 主要受制閘極氧化層的耐壓 其測(cè)試條件為VDS 0V ISGS 800nA 該特性與溫度無(wú)關(guān) IGSS 此為在閘極周?chē)槿氲难趸さ臎獦O電流 此值愈小愈好 標(biāo)準(zhǔn)值約為10nA 當(dāng)所加入的電壓 超過(guò)氧化膜的耐壓能力時(shí) 往往會(huì)使元件遭受破壞 DCPARAMETER BVGSS IGSS DCPARAMETER RDSON RDSON 導(dǎo)通電阻值 ON RESISTANCE 低壓POWERMOSFET最受矚目之參數(shù)RDS on RSOURCE RCHANNEL RACCUMULATION RJFET RDRIFT EPI RSUBSTRATE低壓POWERMOSFET導(dǎo)通電阻是由不同區(qū)域的電阻所組成 大部分存在於RCHANNEL RJFET及REPI 在高壓MOS則集中於REPI 為了降低導(dǎo)通電阻值 Mosfet晶片技術(shù)上朝高集積度邁進(jìn) 在製程演進(jìn)上 TRENCHDMOS以其較高的集積密度 逐漸取代PLANARDMOS成為MOSFET製程技術(shù)主流 該特性與溫度成正比 VTH 使POWERMOS開(kāi)始導(dǎo)通的輸入電壓稱THRESHOLDVOLTAGE 由於電壓在VGS TH 以下 POWERMOS處?kù)督刂範(fàn)顟B(tài) 因此 VGS TH 也可以看成耐雜訊能力的一項(xiàng)參數(shù) VGS TH 愈高 代表耐雜訊能力愈強(qiáng) 但是 如此要使元件完全導(dǎo)通 所需要的電壓也會(huì)增大 必須做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 一般約為2 4V 與BJT導(dǎo)通電壓VBE 0 6V比較 其耐雜訊能力相當(dāng)良好 該特性與溫度成反比 DCPARAMETER VTH DCPARAMETER GFS VDS GFS 代表輸入與輸出的關(guān)係即GATE電壓變化 DRAIN電流變化值 單位為S 當(dāng)汲極電流愈大 GFS也會(huì)增大 在切換動(dòng)作的電路中 GFS值愈高愈好 VFSD 此為二極體為順?lè)较螂娏髁魍〞r(shí)的電壓降 ACPARAMETERDYNAMICCHARACTERISTICSCISS COSS CRSSGATECHARGEQG QGS QGDTURN ON OFFDELAYTIMETD ON TD OFF RISE FALLTIMETR TF MOSFET參數(shù)特性 ACPARAMETER ACPARAMETER CISS COSS CRSS CISS 此為POWERMOS在截止?fàn)顟B(tài)下的閘極輸入容量 為閘 源極間容量CGS與閘 汲極間容量CGD之和 特別是CGD為空乏層容量 其導(dǎo)通時(shí)的最大值 即是VDS 0V時(shí) COSS 此為汲極 源極間的電容量 也可以說(shuō)是內(nèi)藏二極體在逆向偏壓時(shí)的容量 CISS CGS CGDCOSS CDS CGS CGDCRSS CGD CRSS 此為汲極 閘極間的電容量 此對(duì)於高頻切換動(dòng)作最有不良影響 為了提高元件高頻特性 CGD要愈低愈好 ACPARAMETER TD ON OFF T RISE FALL 導(dǎo)通時(shí)間TON 此為導(dǎo)通延遲時(shí)間TD ON 與上升時(shí)間TR的和 由閘極電壓上昇至10 到VDS由於ON而下降至90 之值為止的時(shí)間 稱之為T(mén)D ON 而進(jìn)一步至VDS成為10 之值為止的時(shí)間稱之為T(mén)R 此一導(dǎo)通時(shí)間與閘極電壓以及信號(hào)源的阻抗有很大的關(guān)係 大致上成為T(mén)ON RG VGS的關(guān)係 截流時(shí)間TOFF 此為截流時(shí)間TD OFF 與下降時(shí)間TF之和 由閘極電壓下降至90 開(kāi)始 至VDS成為OFF而上昇至10 之值為止的時(shí)間 稱之為T(mén)D OFF 更進(jìn)一步至VDS上昇至90 為止的時(shí)間 稱之為T(mén)F 此一截流時(shí)間TOFF也與導(dǎo)通時(shí)間一樣與信號(hào)源阻抗及閘極電壓有很大關(guān)係 大致上可以用TOFF RG VGS表示 ACPARAMETER QG QGS QGD POWERMOS的切換動(dòng)作過(guò)程可以說(shuō)是一種電荷移送現(xiàn)象 由於閘極完全是由絕緣膜覆蓋 其輸入阻抗幾乎是無(wú)限大 完全看輸入電容量的充電 放電動(dòng)作來(lái)決定切換動(dòng)作的狀態(tài) POWERMOS在導(dǎo)通前可以分 啟閘值電壓之前 開(kāi)始導(dǎo)通 完全導(dǎo)通三種狀態(tài) 啟閘值電壓 在電壓達(dá)到啟閘值電壓之前 輸入電容量幾乎是與閘極電容量CGS相等 在閘極正下方的汲極領(lǐng)域的空乏區(qū)會(huì)擴(kuò)展 閘極 汲極間的電容量與電極間距離有關(guān) 在導(dǎo)通的初期狀態(tài) 由於有Miller效應(yīng) 輸入電容量的變化很複雜 當(dāng)汲極電流愈增加時(shí) Av也會(huì)增加 Miller效應(yīng)會(huì)愈明顯 隨著汲極電流的增大 負(fù)載電阻的壓降也會(huì)增大 使加在POWERMOS的電壓下降 VgsGatetoSourceVoltage V ACPARAMETER QG QGS QGD 開(kāi)始導(dǎo)通 當(dāng)所加的電壓VDS有變化時(shí) 空乏層的厚度d也會(huì)發(fā)生變化 完全導(dǎo)通 在完全導(dǎo)通時(shí) 輸入電容量可以視為CGD與CGS之和 MOSFET參數(shù)特性 POWERRELATED POWERRELATEDPOWERDISSAPATIONCURRENTRATINGMAXIMUMCURRENTREATIHGAVALANCHE POWERRELATED POWERDISSAPATION PD 為元件上所能承受電功率 其運(yùn)算式為 PD max TJ TC R JCPD max 150 25 2 1 W 60WTJ 元件接合溫度 TC 外殼溫度 R JC 晶片至外殼的熱電阻 ID 為元件所能提供最大連續(xù)電流 ID運(yùn)算式 ID PD RDSON MAX ID 60W 5 2 5 2A PD TJ 150 RDSON MAX R T RDSON MAX POWERRELATED CURRENTRATING IDM 為元件所能承受瞬間最大電流 IDM運(yùn)算法 關(guān)於IDM值 該值乃是根據(jù)RDSON 溫度曲線圖和熱阻曲線計(jì)算得知 1 由SINGLEPULSE300uS代入FIGURE得知R T 約等於0 15 2 R JC T R JC R T 2 1 W 0 15 0 315 W3 PDM TJ TC R JC T 150 25 0 315 W 396 W 4 IDM PDM RDSON max 396 W 10 5 6A MAXIMUMCURRENTRATING EASAVALANCHEENERGY計(jì)算公式如下 EAS 1 2 L I I V BR DSS V BR DSS VDD 1 2 60mH 2A 2A 600 600 50 120mJEAS 雪崩能量L 電感值I 電感峰值電流BVDSS 雪崩擊穿電壓VDD 電源電壓 MOSFET參數(shù)特性 POWERDISSAPATION MOSFETDATASHEET CEP B 02N6 MOSFETDATASHEET CEP B 02N6 MOSFETDATASHEET CEP B 02N6 THANKYOU