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【我是工程师】深入理解MOSFET规格书/datasheet

作为一个电源方面的工程师、技术人员,相信大家对MOSFET都不会陌生。本论坛中,关于MOSFET的帖子也应有尽有:MOSFET结构特点/工作原理、MOSFET驱动技术、MOSFET选型、MOSFET损耗计算等,论坛各大版主、大侠们都发表过各种牛贴,我也不敢在这些方面再多说些什么了。

工程师们要选用某个型号的MOSFET,首先要看的就是规格书/datasheet,拿到MOSFET的规格书/datasheet时,我们要怎么去理解那十几页到几十页的内容呢?

本帖的目的就是为了和大家分享一下我对MOSFET规格书/datasheet的理解和一些观点,有什么错误、不当的地方请大家指出,也希望大家分享一下自己的一些看法,大家一起学习。

 

PS1. 后续内容中规格书/datasheet统一称为datasheet

       2. 本帖中有关MOSFET datasheet的数据截图来自英飞凌IPP60R190C6 datasheet

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higel
LV.8
2
2015-03-28 23:03

先附上IPP60R190C6 datasheet

IPP60R190C6-DS-v02_02-EN.pdf

1
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higel
LV.8
3
2015-03-28 23:24

对于MOSFET Datasheet上的参数,你最关心的是哪一个/几个:

VDS?ID?RDS(on)?Vgs(th)?封装?Ciss,Coss?Qgs,Qgd,Qg?体二极管?雪崩?……

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higel
LV.8
4
2015-03-29 10:38
@higel
对于MOSFETDatasheet上的参数,你最关心的是哪一个/几个:VDS?ID?RDS(on)?Vgs(th)?封装?Ciss,Coss?Qgs,Qgd,Qg?体二极管?雪崩?……

没人回应

那我就从VDS开始吧!

datasheet上电气参数第一个就是V(BR)DSS,即DS击穿电压,也就是我们关心的MOSFET的耐压

此处V(BR)DSS的最小值是600V,是不是表示设计中只要MOSFET上电压不超过600V MOSFET就能工作在安全状态?

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higel
LV.8
5
2015-03-29 11:02
@higel
没人回应[图片]那我就从VDS开始吧!datasheet上电气参数第一个就是V(BR)DSS,即DS击穿电压,也就是我们关心的MOSFET的耐压[图片]此处V(BR)DSS的最小值是600V,是不是表示设计中只要MOSFET上电压不超过600VMOSFET就能工作在安全状态?

相信很多人的答案是“是!”,曾经我也是这么认为的,但这个正确答案是“不是!”

这个参数是有条件的,这个最小值600V是在Tj=25℃的值,也就是只有在Tj=25℃时,MOSFET上电压不超过600V才算是工作在安全状态。

MOSFET V(BR)DSS是正温度系数的,其实datasheet上有一张V(BR)DSS与Tj的关系图(Table 17),如下:

要是电源用在寒冷的地方,环境温度低到-40℃甚至更低的话,MOSFET V(BR)DSS值<560V,这时候600V就已经超过MOSFET耐压了。

所以在MOSFET使用中,我们都会保留一定的VDS的电压裕量,其中一点就是为了考虑到低温时MOSFET V(BR)DSS值变小了,另外一点是为了应对各种恶例条件下开关机的VDS电压尖峰

3
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2015-03-30 09:25
@higel
相信很多人的答案是“是!”,曾经我也是这么认为的,但这个正确答案是“不是!”[图片]这个参数是有条件的,这个最小值600V是在Tj=25℃的值,也就是只有在Tj=25℃时,MOSFET上电压不超过600V才算是工作在安全状态。MOSFETV(BR)DSS是正温度系数的,其实datasheet上有一张V(BR)DSS与Tj的关系图(Table17),如下:[图片]要是电源用在寒冷的地方,环境温度低到-40℃甚至更低的话,MOSFET V(BR)DSS值
沙发! 继续啦 要看后文~
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raulgu
LV.4
7
2015-03-30 10:51
@电源网-娜娜姐
沙发!继续啦要看后文~
写的不错,每个参数都要有吗!
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蒋洪涛
LV.6
8
2015-03-30 11:48
@raulgu
写的不错,每个参数都要有吗!
好,继续
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江南_V
LV.4
9
2015-03-30 11:51
@higel
相信很多人的答案是“是!”,曾经我也是这么认为的,但这个正确答案是“不是!”[图片]这个参数是有条件的,这个最小值600V是在Tj=25℃的值,也就是只有在Tj=25℃时,MOSFET上电压不超过600V才算是工作在安全状态。MOSFETV(BR)DSS是正温度系数的,其实datasheet上有一张V(BR)DSS与Tj的关系图(Table17),如下:[图片]要是电源用在寒冷的地方,环境温度低到-40℃甚至更低的话,MOSFET V(BR)DSS值
那电流值说的是最大峰值电流吗?粗略的理解应该是超过给定的电流就会坏掉,说的是峰值电流吧,不知道理解的对不对
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pizige5241
LV.4
10
2015-03-30 13:52
@电源网-娜娜姐
沙发!继续啦要看后文~
这种帖子一定要顶,别人的经验千金难买,无私奉献给别人的人更可贵!
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tigerwuh
LV.4
11
2015-03-30 14:46
@higel
相信很多人的答案是“是!”,曾经我也是这么认为的,但这个正确答案是“不是!”[图片]这个参数是有条件的,这个最小值600V是在Tj=25℃的值,也就是只有在Tj=25℃时,MOSFET上电压不超过600V才算是工作在安全状态。MOSFETV(BR)DSS是正温度系数的,其实datasheet上有一张V(BR)DSS与Tj的关系图(Table17),如下:[图片]要是电源用在寒冷的地方,环境温度低到-40℃甚至更低的话,MOSFET V(BR)DSS值
讲的不错,希望继续
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lever0328
LV.1
12
2015-03-30 16:11
@higel
相信很多人的答案是“是!”,曾经我也是这么认为的,但这个正确答案是“不是!”[图片]这个参数是有条件的,这个最小值600V是在Tj=25℃的值,也就是只有在Tj=25℃时,MOSFET上电压不超过600V才算是工作在安全状态。MOSFETV(BR)DSS是正温度系数的,其实datasheet上有一张V(BR)DSS与Tj的关系图(Table17),如下:[图片]要是电源用在寒冷的地方,环境温度低到-40℃甚至更低的话,MOSFET V(BR)DSS值
继续啦  写的好
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2015-03-30 18:23
支持一下。
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higel
LV.8
14
2015-03-30 20:01
@raulgu
写的不错,每个参数都要有吗!
我会尽量把每个参数都涉及到
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higel
LV.8
15
2015-03-30 20:34
@江南_V
那电流值说的是最大峰值电流吗?粗略的理解应该是超过给定的电流就会坏掉,说的是峰值电流吧,不知道理解的对不对

说到电流,那么接下来就开始看ID

相信大家都知道MOSFET最初都是按xA, xV的命名方式(比如20N60~),慢慢的都转变成Rds(on)和电压的命名方式(比如IPx60R190C6, 190就是指Rds(on)~).

其实从电流到Rds(on)这种命名方式的转变就表明ID和Rds(on)是有着直接联系的,那么它们之间有什么关系呢?

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higel
LV.8
16
2015-03-30 21:04
@higel
说到电流,那么接下来就开始看ID[图片]相信大家都知道MOSFET最初都是按xA,xV的命名方式(比如20N60~),慢慢的都转变成Rds(on)和电压的命名方式(比如IPx60R190C6,190就是指Rds(on)~).其实从电流到Rds(on)这种命名方式的转变就表明ID和Rds(on)是有着直接联系的,那么它们之间有什么关系呢?

在说明ID和Rds(on)的关系之前,先得跟大家聊聊封装和结温:

1. 封装:影响我们选择MOSFET的条件有哪些?

a) 功耗跟散热性能 -->比如:体积大的封装相比体积小的封装能够承受更大的损耗;铁封比塑封的散热性能更好

b) 对于高压MOSFET还得考虑爬电距离 -->高压的MOSFET就没有SO-8封装的,因为G/D/S间的爬电距离不够

c) 对于低压MOSFET还得考虑寄生参数 -->引脚会带来额外的寄生电感、电阻,寄生电感往往会影响到驱动信号,寄生电阻会影响到Rds(on)的值

d) 空间/体积 -->对于一些对体积要求严格的电源,贴片MOSFET就显得有优势了

2.  结温:MOSFET的最高结温Tj_max=150℃,超过此温度会损坏MOSFET,实际使用中建议不要超过70%~90% Tj_max.

回到正题,MOSFET ID和Rds(on)的关系:

(1) 封装能够承受的损耗和封装的散热性能(热阻)之间的关系

(2) MOSFET通过电流ID产生的损耗

(1), (2)联立,计算得到ID和Rds_on的关系

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higel
LV.8
17
2015-03-30 21:29
@江南_V
那电流值说的是最大峰值电流吗?粗略的理解应该是超过给定的电流就会坏掉,说的是峰值电流吧,不知道理解的对不对

其实ID只是个参考值,损耗【ID*Rds(on)^2】引起的温升超过Tj_max才是MOSFET坏掉最终原因

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higel
LV.8
18
2015-03-30 21:36
@higel
相信很多人的答案是“是!”,曾经我也是这么认为的,但这个正确答案是“不是!”[图片]这个参数是有条件的,这个最小值600V是在Tj=25℃的值,也就是只有在Tj=25℃时,MOSFET上电压不超过600V才算是工作在安全状态。MOSFETV(BR)DSS是正温度系数的,其实datasheet上有一张V(BR)DSS与Tj的关系图(Table17),如下:[图片]要是电源用在寒冷的地方,环境温度低到-40℃甚至更低的话,MOSFET V(BR)DSS值

Rds(on)

从MOSFET Rds(on)与Tj的图表中可以看到:Tj增加Rds(on)增大,即Rds(on)是正温度系数,MOSFET的这一特性使得MOSFET易于并联使用。

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higel
LV.8
19
2015-03-30 21:54
@higel
Rds(on)[图片]从MOSFETRds(on)与Tj的图表中可以看到:Tj增加Rds(on)增大,即Rds(on)是正温度系数,MOSFET的这一特性使得MOSFET易于并联使用。

Vgs(th)

相信这个值大家都熟悉,但是Vgs(th)是负温度系数有多少人知道,你知道吗?(下面两图分别来自BSC010NE2LS和IPP075N15N3 G datasheet.)

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higel
LV.8
20
2015-03-30 22:05
@higel
Vgs(th)[图片]相信这个值大家都熟悉,但是Vgs(th)是负温度系数有多少人知道,你知道吗?(下面两图分别来自BSC010NE2LS和IPP075N15N3Gdatasheet.)[图片][图片]

相信会有很多人没有注意到Vgs(th)的这一特性,这也是正常的,因为高压MOSFET的datasheet中压根就没有这个图,这一点可能是因为高压MOSFET的Vgs(th)值一般都是2.5V以上,高温时也就到2V左右。但对于低压MOSFET就有点不一样了,很多低压MOSFET的Vgs(th)在常温时就很低,比如BSC010NE2LS的Vgs(th)是1.2V~2V,高温时最低都要接近0.8V了,这样只要在Gate有一个很小的尖峰就可能误触发MOSFET开启从而引起整个电源系统异常。

所以,低压MOSFET使用时一定要留意Vgs(th)的这个负温度系数的特性!!

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米老鼠
LV.8
21
2015-03-30 22:12
@higel
相信会有很多人没有注意到Vgs(th)的这一特性,这也是正常的,因为高压MOSFET的datasheet中压根就没有这个图,这一点可能是因为高压MOSFET的Vgs(th)值一般都是2.5V以上,高温时也就到2V左右。但对于低压MOSFET就有点不一样了,很多低压MOSFET的Vgs(th)在常温时就很低,比如BSC010NE2LS的Vgs(th)是1.2V~2V,高温时最低都要接近0.8V了,这样只要在Gate有一个很小的尖峰就可能误触发MOSFET开启从而引起整个电源系统异常。所以,低压MOSFET使用时一定要留意Vgs(th)的这个负温度系数的特性!!
很实用,谢谢科普
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真武阁
LV.6
22
2015-03-30 22:17
@higel
说到电流,那么接下来就开始看ID[图片]相信大家都知道MOSFET最初都是按xA,xV的命名方式(比如20N60~),慢慢的都转变成Rds(on)和电压的命名方式(比如IPx60R190C6,190就是指Rds(on)~).其实从电流到Rds(on)这种命名方式的转变就表明ID和Rds(on)是有着直接联系的,那么它们之间有什么关系呢?
命名规则是有一定广告意图的,平面管比较看重ID,而超结因为因为RDS就是他的优势所以迫不及待的要在命名上体现一番
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2015-03-30 22:23
@米老鼠
很实用,谢谢科普
旺楼,前排占个位置招租。。。。
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higel
LV.8
24
2015-03-30 22:32
@真武阁
命名规则是有一定广告意图的,平面管比较看重ID,而超结因为因为RDS就是他的优势所以迫不及待的要在命名上体现一番[图片]
CoolMOS都在按Rds(on)命名了,一个个都在号称做到了世界上最低Rds(on) 
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lhf0902
LV.4
25
2015-03-30 22:43
好贴,一定要顶!
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higel
LV.8
26
2015-03-31 00:11
@higel
相信会有很多人没有注意到Vgs(th)的这一特性,这也是正常的,因为高压MOSFET的datasheet中压根就没有这个图,这一点可能是因为高压MOSFET的Vgs(th)值一般都是2.5V以上,高温时也就到2V左右。但对于低压MOSFET就有点不一样了,很多低压MOSFET的Vgs(th)在常温时就很低,比如BSC010NE2LS的Vgs(th)是1.2V~2V,高温时最低都要接近0.8V了,这样只要在Gate有一个很小的尖峰就可能误触发MOSFET开启从而引起整个电源系统异常。所以,低压MOSFET使用时一定要留意Vgs(th)的这个负温度系数的特性!!
更新预告:Ciss, Coss, Qg

睡觉

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raulgu
LV.4
27
2015-03-31 10:37
VGRDSmin[V]

这个参数我一直不知道什么意思。 100V 100Amos  但是不是每个手册里面都有这个参数的

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2015-03-31 14:03
好帖顶一下,学习学习
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2015-03-31 14:17
@higel
Rds(on)[图片]从MOSFETRds(on)与Tj的图表中可以看到:Tj增加Rds(on)增大,即Rds(on)是正温度系数,MOSFET的这一特性使得MOSFET易于并联使用。
并联使用的时候 3个脚对应连在一起就可以了吗??
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higel
LV.8
30
2015-03-31 16:49
@raulgu
VGRDSmin[V]这个参数我一直不知道什么意思。100V100Amos 但是不是每个手册里面都有这个参数的
没见到过这个参数,你截图上来大家一起看看
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higel
LV.8
31
2015-03-31 16:52
@又一个暑假
并联使用的时候3个脚对应连在一起就可以了吗??

并不是这样的,每个MOSFET都得有自己的驱动电阻,建议最好每个驱动电阻再串联一个小磁珠

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