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1、,按一下以編輯母片標(biāo)題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,CET,華 瑞 股 份 有 限 公 司,C,HINO,-E,XCEL,T,ECHNOLOGY,C,ORP,.,CET,CET CONFIDENTIAL,POWER MOSFET,參數(shù)特性簡(jiǎn)介,FOR DATA SHEET,簡(jiǎn)介,-,MOSFET,MOSFET INTRODUCTION,DC PARAMETER,AC PARAMETER,POWER RELATED,DATA SHEET EXAMPLE,MOSFET INTRODUCTION,POWER MOSFET,又稱,DMOS(double diffused

2、mos),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,(,POWER BJT),，,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)、,POWER MOS,在,70,年代發(fā)展之後就很的取代了,BJT,，,POWER MOS,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,POWER

3、 MOS,成為許多應(yīng)用上的主要元件。,G,D,S,MOSFET INTRODUCTION,N+,P+,PWELL,N+,EPI,SUBSTRATE,DRAIN,GATE,SOURCE,UNIT CELL SEM,TOP-VIEW,WIRE BOND,DC PARAMETER,BVDSS (V,DS,) & LEAKAGE(I,DSS,),BVGSS (V,GS,) & LEAKAGE(I,GSS,),ON-RESISTANCE (R,DSON,),THRESHOLD VOLTAGE (V,GS,(TH),FORWARD TRANSCONDUCTANCE (G,FS,),DIODE FORWAR

4、D VOLTAGE (V,FSD,),MOSFET,參數(shù)特性,-,DC PARAMETER,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,V,GS,=0V , I,D,=250 uA .,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，在晶片周圍的設(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,.,G,D,S,IDSS,FORCE,V,DS,=BVDSS,MEASURE I,DS,DC PARAMETER-BVDSS/IDSS,G,D,S,FORCE,

5、I,D,=250uA,VDS,MEASURE V,DS,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,V,DS,=0V , I,SGS,= 800 nA .,該特性與溫度無(wú)關(guān),.,I,GSS,:,此為在閘極周圍所介入的氧化膜的洩極電流，此值愈小愈好，標(biāo)準(zhǔn)值約為,10,nA,。,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,。,DC PARAMETER-BVGSS/IGSS,G,D,S,FORCE,I,G,=800nA,V,GS,MEASURE V,GS,G,D,S,FORCE,V,GS,=BVGSS,V,GS,

6、MEASURE I,GSS,DC PARAMETER-RDSON,R,DSON,:,導(dǎo)通電阻值,(,ON-RESISTANCE),低壓,POWER MOSFET,最受矚目之參數(shù),RDS(on)=R,SOURCE,+ R,CHANNEL,+ R,ACCUMULATION,+ R,JFET,+ R,DRIFT,(EPI) + R,SUBSTRATE,低壓,POWER MOSFET,導(dǎo)通電阻是由不同區(qū)域的電阻所組成，大部分存在於,R,CHANNEL,，,R,JFET,及,R,EPI,，,在高壓,MOS,則集中於,R,EPI,。,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)

7、上,，,TRENCH DMOS,以其較高的集積密度，逐漸取代,PLANAR DMOS,成為,MOSFET,製程技術(shù)主流。該特性與溫度成正比,.,N+,P+,PWELL,N+,EPI,SUBSTRATE,DRAIN,GATE,SOURCE,G,D,S,FORCE,I,DS,V,GS,2.5/4.5/10V,MEASURE V,DS,/I,DS,V,DS,VTH:,使,POWER MOS,開(kāi)始導(dǎo)通的輸入電壓稱,THRESHOLD VOLTAGE,。,由於電壓在,V,GS,(,TH,),以下，,POWER MOS,處?kù)督刂範(fàn)顟B(tài)，因此，,V,GS,(,TH,),也可以看成耐雜訊能力的一項(xiàng)參數(shù)。,V,G

8、S,(,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,24,V,，,與,BJT,導(dǎo)通電壓,V,BE,=0.6V,比較，其耐雜訊能力相當(dāng)良好。該特性與溫度成反比,.,DC PARAMETER-V,TH,汲極電流,閘極,-,源極電壓,V,GS,啟閘值電壓,V,GS,(TH),G,D,S,FORCE,I,DS,=250uA,MEASURE V,GS,VDS,DC PARAMETER-,G,FS,/V,DS,G,FS,:,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,G,FS,也會(huì)增

9、大,.,在切換動(dòng)作的電路中,G,FS,值愈高愈好,.,V,FSD,:,此為二極體為順?lè)较螂娏髁魍〞r(shí)的電壓降,.,G,D,S,FORCE,I,DS,=250uA,MEASURE I,DS,/V,GS,V,DS,G,D,S,FORCE,I,SD,=Constant (A),MEASURE V,SD,V,SD,V,GS,= 0V,AC PARAMETER,DYNAMIC CHARACTERISTICS,C,ISS, C,OSS,C,RSS,GATE CHARGE,Q,G,/Q,GS,/Q,GD,TURN-ON/OFF DELAY TIME,T,D,(ON) /T,D,(OFF),RISE / FAL

10、L TIME,T,R,/T,F,MOSFET,參數(shù)特性,-,AC PARAMETER,AC PARAMETER,- C,ISS, C,OSS,C,RSS,C,ISS,:,此為,POWER MOS,在截止?fàn)顟B(tài)下的閘極輸入容量，為閘,-,源極 間容量,C,GS,與閘,-,汲極間容量,C,GD,之和。特別是,C,GD,為空乏層 容量。其導(dǎo)通時(shí)的最大值，即是,V,DS,=0V,時(shí)。,C,OSS,:,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。,C,ISS,= C,GS,+C,GD,C,OSS,= C,DS,+C,GS /,C,GD,C,RSS,= C,GD,G,D,S,C,D

11、S,C,GD,C,GS,DRAIN,Drain,N+,P,GATE,N-,C,GD,C,GS,C,DS,SOURCE,DRAIN,C,RSS,:,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，,C,GD,要愈低愈好。,AC PARAMETER-,(T,D(ON/OFF),&T,(RISE/FALL),),導(dǎo)通時(shí)間,T,ON,:,此為導(dǎo)通延遲時(shí)間,T,D,(,ON,),與上升時(shí)間,T,R,的,和,。由閘極電壓上昇至,10%,到,V,DS,由於,ON,而下降至,90%,之值為止的時(shí)間，稱之為,T,D,(,ON,),，,而進(jìn)一步至,VDS,成為,10%,之值為

12、止的時(shí)間稱之為,T,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,ON, R,G,/V,GS,的關(guān)係。,截流時(shí)間,T,OFF,:,此為截流時(shí)間,T,D,(,OFF,),與下降時(shí)間,T,F,之,和,。由閘極電壓下降至,90%,開(kāi)始，至,V,DS,成為,OFF,而上昇至,10%,之值為止的時(shí)間。稱之為,T,D,(,OFF,),，,更進(jìn)一步至,V,DS,上昇至,90%,為止的時(shí)間，稱之為,T,F,。,此一截流時(shí)間,T,OFF,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,T,OFF,R,G,/V,GS,表示。,AC PARAMETER,- Q,G, Q

13、,GS, Q,GD,POWER MOS,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)。,POWER MOS,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,C,GS,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。

14、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,POWER MOS,的電壓下降。,Vgs Gate to Source Voltage(V),0 20 40 60 80 100,Qg Total Gate Charge(nC),20 16 12 8 4,Qgs,Qgd,Total Qg,AC PARAMETER,- Q,G, Q,GS, Q,GD,開(kāi)始導(dǎo)通,:,當(dāng)所加的電壓,V,DS,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,C,GD,與,C,GS,之和。,GATE,DRAIN,d,d”,N+,P,GATE,DRAIN,e-,e-,e-

15、,e-,N-,GATE,DRAIN,d,N+,P,GATE,DRAIN,N-,MOSFET,參數(shù)特性,POWER RELATED,POWER RELATED,POWER DISSAPATION,CURRENT RATING,MAXIMUM CURRENT REATIHG,AVALANCHE,POWER RELATED-,POWER DISSAPATION,P,D,:,為元件上所能承受電功率,.,其運(yùn)算式為,:,P,D,(max) = ( T,J, T,C,) / R,JC,P,D,(max) = (150 - 25 ) / 2.1 /W,= 60 W,T,J,=,元件接合溫度,.,T,C,=,

16、外殼溫度,.,R,JC,=,晶片至外殼的熱電阻,I,D,:,為元件所能提供最大連續(xù)電流,.,I,D,運(yùn)算式,:,I,D,= P,D,/ R,DSON,(MAX),I,D,= 60W / 5*2.5,= 2A,*P,D,= T,J,=150,*R,DSON,(MAX) = R(T)*R,DSON,(MAX),POWER RELATED-,CURRENT RATING,I,DM,:,為元件所能承受瞬間最大電流,.,I,DM,運(yùn)算法,:,關(guān)於,I,DM,值,該值乃是根據(jù),R,DSON,溫度曲線圖和熱阻曲線 計(jì)算得知,.,1.,由,SINGLE PULSE 300uS,代入,FIGURE,得知,R(T

17、),約等於,0.15.,2,.R,JC,(T) = R,JC,* R(T),= 2.1/W *0.15,= 0.315 /W,3.P,DM,= (T,J,-T,C,)/R,JC,(T),= (150-25)/0.315 /W,= 396/W.,4.I,DM,= P,DM,/R,DSON,(max),= (396/W /10.5),= 6 A .,MAXIMUM,CURRENT RATING,E,AS,AVALANCHE ENERGY,計(jì)算公式如下,:,E,AS,= 1/2*L*I*IV,(BR)DSS,/(V,(BR)DSS,-V,DD,),= 1/2 *60 mH *2 A *2A * 600/(600-50),=120 mJ,E,AS,=,雪崩能量,L=,電感值,I=,電感峰值電流,BVDSS=,雪崩擊穿電壓,V,DD,=,電源電壓,.,MOSFET,參數(shù)特性,POWER DISSAPATION,V,DD,V,DS,IAS,L,0.01,R,G,tp,D.U.T.,tp,V,DD,V,DS,V,(BR)DD,IAS,MOSFET DATA SHEET -CEP(B)02N6,MOSFET DATA SHEET -CEP(B)02N6,MOSFET DATA SHEET -CEP(B)02N6,THANK YOU !,