MOSFET数据手册参数详解：从极限参数到特性曲线

MOSFET数据手册参数详解：从极限参数到特性曲线

MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是电子工程领域中常见的功率半导体器件，其数据手册包含了丰富的参数信息。本文以VBZM7N60为例，详细解读MOSFET数据手册中的关键参数，帮助读者更好地理解和应用这些参数。

极限参数

极限参数也叫绝对最大额定参数，MOS管在使用过程当中，任何情况下都不能超过下图的这些极限参数，否则MOS管有可能损坏。

• VDS：表示漏极与源极之间所能施加的最大电压值。
• VGS：表示栅极与源极之间所能施加的最大电压值。
• ID：表示漏极可承受的持续电流值，如果流过的电流超过该值，会引起击穿的风险。
• IDM：表示的是漏源之间可承受的单次脉冲电流强度，如果超过该值，会引起击穿的风险。
• EAS：表示单脉冲雪崩击穿能量，如果电压过冲值(通常由于漏电流和杂散电感造成)未超过击穿电压，则器件不会发生雪崩击穿，因此也就不需要消散雪崩击穿的能力。EAS标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。
• PD：表示最大耗散功率，是指MOS性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率，使用时要注意MOS的实际功耗应小于此参数并留有一定余量，此参数一般会随结温的上升而有所减额。（此参数靠不住）
• TJ, Tstg：这两个参数标定了器件工作和存储环境所允许的结温区间，应避免超过这个温度，并留有一定余量，如果确保器件工作在这个温度区间内，将极大地延长其工作寿命。
• dV/dt：反映的是器件承受电压变化速率的能力，越大越好。对系统来说，过高的dv/dt必然会带来高的电压尖峰，较差的EMI特性，不过该变化速率通过系统电路可以进行修正。
• 热阻：表示热传导的难易程度，热阻分为沟道-环境之间的热阻、沟道-封装之间的热阻，热阻越小，表示散热性能越好。
• △VDS/TJ：表示的是漏源击穿电压的温度系数，正温度系数，其值越小，表明稳定性越好。
• VGS(th)：表示的是MOS的开启电压(阀值电压)，对于NMOS，当外加栅极控制电压 VGS超过 VGS(th) 时，NMOS就会导通。
• IGSS：表示栅极驱动漏电流，越小越好，对系统效率有较小程度的影响。
• IDSS：表示漏源漏电流，栅极电压 VGS=0 、 VDS 为一定值时的漏源漏流，一般在微安级。
• RDS(ON)：表示MOS的导通电阻，一般来说导通电阻越小越好，其决定MOS的导通损耗，导通电阻越大损耗越大，MOS温升也越高，在大功率电源中，导通损耗会占MOS整个损耗中较大的比例。
• gfs：表示正向跨导，反映的是栅极电压对漏源电流控制的能力，gfs过小会导致MOSFET关断速度降低，关断能力减弱，过大会导致关断过快，EMI特性差，同时伴随关断时漏源会产生更大的关断电压尖峰。
• Ciss：表示输入电容，Ciss=Cgs+Cgd，该参数会影响MOS的开关时间，该值越大，同样驱动能力下，开通及关断时间就越慢，开关损耗也就越大。
• Coss：表示输出电容，Coss=Cds+Cgd；Crss表示反向传输电容，Crss=Cgd(米勒电容)。这两项参数对MOSFET关断时间略有影响，其中Cgd会影响到漏极有异常高电压时，传输到MOSFET栅极电压能量的大小，会对雷击测试项目有一定影响。
• Qg、Qgs、Qgd、td(on)、tr、td(off）、tf：这些参数都是与时间相互关联的参数。开关速度越快对应的优点是开关损耗越小，效率高，温升低，对应的缺点是EMI特性差，MOSFET关断尖峰过高。
• IS 、ISM：如果过小，会有电流击穿风险。
• VSD、trr：如果过大，在桥式或LCC系统中会导致系统损耗过大，温升过高。
• Qrr：该参数与充电时间成正比，一般越小越好。

特性曲线

MOS管的输出特性曲线是用来描述MOS管电流和电压之间关系的曲线，特性曲线会受结温的影响，一般数据手册上会列出两种温度下的特性曲线。

根据MOS管的输出特性曲线，取Uds其中的一点，然后用作图的方法，可取得到相应的转移特性曲线。从转移特性曲线上可以看出当Uds为某值时，Id与Ugs之间的关系。

MOS的导通电阻跟结温是呈现正温度系数变化的，也就是结温越高，导通电阻越大。MOS数据手册上一般会画出当VGS=10V时的导通电阻随温度变化的曲线。

电容容量值越小，栅极总充电电量QG越小，开关速度越快，开关损耗就越小，开关电源DC/DC变换器等应用，要求较小的QG值。

MOS管一般会有一个寄生二极管，寄生二极管对MOS管有保护的作用，它的特性跟普通的二极管是一样的，也具有正向导通的特性。

最大安全工作区是由一系列(电压，电流)坐标点形成的一个二维区域，MOS管工作时的电压和电流都不能超过该区域，如果超过这个区域就存在危险。

应用建议

在一般应用中，我们主要考虑以下参数：

• 漏源击穿电压VDS
• 持续漏极电流ID
• 导通电阻RDS(ON)
• 最大耗散功率PD
• 开启电压VGS(th)
• 开关时间
• 工作温度范围

这些参数是选择和使用MOSFET时的关键参考指标。