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【顾邦小讲堂】第四期 带你深入理解功率MOSFET规格书中参数和图表(3)

时间:2024-08-12 13:28:29浏览次数:14  
标签:MOSFET 结温 参数 规格书 热阻 ID 顾邦

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        上一期我们学习了MOSFET RDS_ON的特性以及测试条件,就今天我们来看一下MOSFET另外两个重要的技术参数,热阻以及ID。

        为何将这两个参数放在一起呢,这是因为这两个参数互相之间有着千丝万缕扯不断理还乱的关系,下面且听我细细说来。

1. 热抗:热抗包含两部分内容,其中一部分为热阻另外一部分为热容,热抗、热阻和热容的关系类似于电抗、电阻和电容的关系。而温差类似于电压差,功耗类似于电流。因此有一些聪明的工程师在做热的仿真分析时用电学的仿真去做然后反推到热。

  • 热阻:热阻这个参数在所有功率MOSFET的规格书中都有标明,一般情况下都有MOSFET结到管壳的热阻和MOSFET结到环境的热阻两个参数。其中结到管壳的热阻是固定的,不随外接环境变化。我们在进行MOSFET结温计算时具有很好的指导意义。

        一般情况下这个参数与MOSFET的芯片面积和封装相关,其中封装占大头,所以一般同封装的MOSFET这个参数相差不大。而规格书中结到环境的热阻是在特定条件下测得的数值,对于我们设计计算没有太大的指导意义,因为实际MOSFET的散热情况取决于布板、散热器、风道、甚至水冷措施等条件制约,变化很大。后面我们会在MOSFET应用指南系列中详细讲解MOSFET的结温计算和热阻估算方法。

  • 热容:热抗这个参数大家关注比较少,但往往这个参数决定了在一些极限工况下器件是否会损坏。比如在LLC电路中,启机、轻载切重载或者轻载切短路等工况下,在前1-3个开关周期内谐振腔电流会急剧增大到稳态工况的3-6倍,这时候我们如果用热阻的方式去计算结温那么算出来的结温往往都远大于器件的耐受值,此时我们就需要考虑到热容。因为在1-3个开关周期内,器件的功率损耗产生的热量首先要让器件本身温度上升,而器件的温度上升值是由热容和损耗共同决定的。
     
  • 一般功率MOSFET的规格书上有热抗曲线,是一个不同占空比与周期相关的曲线簇。从图中我们可以看出,最终曲线簇汇合到一起后的恒值线就是热阻,而随周期变化的部分则表征了热阻和热容共同作用的结果。

2. ID:这个参数和RDS_ON以及热阻息息相关。这是因为规格书中ID这个参数实际是一个计算值,它是根据MOSFET在恒定管壳温度下能使结温达到规格书中规定的最大结温来计算的。

  • 最大结温:所有半导体器件的规格书中都有结温的上下限值,一般功率MOSFET的最大结温在150℃。偷偷告诉大家,这是原厂给出的一个保守值,实际器件的结温可以承受到170℃甚至更高才会损坏哦。

  • 器件外壳温度恒定在25℃或100℃。

有了以上两个条件后,ID的计算如下:

        聪明的工程师可能已经想到了,那么根据规格书上的最大结温、最大RDS_ON以及最大热阻就可以计算出ID这个数值了。

        对于顾邦半导体的超结MOSFET,我们会给出

        两个ID参数供大家参考。

        另外规格书中也会列出单脉冲电流下的MOSFET最大电流值ID-pulse,这个值是SOA曲线的重要组成部分,后面我们在讲SOA曲线时再详述。

        实际设计中ID是一个参考值,它并没有RDS_ON那么重要,而且这个值是有器件壳温处于恒定温度这一条件限制的,因此现在很多MOSFET的命名规则都是从电流命名法转变到了RDS_ON命名法。在实际的设计中,工程师们还是要主要以电源的环温、MOSFET管壳到电源环境的热阻、Rth-jc、RDS_ON等参数来计算MOSFET的实际结温,从而选取合适的MOSFET。

        以上就是我们深入理解MOSFET规格书第三期,本期着重介绍了热阻以及ID这两个参数。下期我们将带来SOA曲线的解读,敬请期待。

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