
規格書中會給出一顆元件的相關參數值和曲線。在設計初期選擇元件時,通過這些參數可以評估某顆元件是否適合應用在需要的電路中。在規格書中,一些參數的測試條件(也就是得到這些參數的先決條件)是很關鍵的。很多時候,雖然是同一類元件,不同供應商的測試條件不同,參數值也會有差異。
以BUK7Y12-55B為例。他是一顆車規級的N溝道功率MOSFET。
一 產品概述
(資料圖片僅供參考)
在最開始的章節,是一些關于此元件的基本信息,包括基本描述、特征、應用場景。它是一顆增強器FET。通過Q101認證,是一顆汽車級元件。可以在溫度很高的環境中使用,因為它的結溫可以到175℃。
二 快速參數表
快速參數表中是此元件的一些基本或者重要的參數。工程師通過這些參數,可以了解元件的基本性能。從而預判它是否適合使用。如果合適,可以繼續深入研究之后的規格書細節。如果不合適,不用耽誤太多時間,可以尋找其他元件。
順帶說一句:場效應管的測試認證規范是IEC60747-8
VDS:在元件不導通狀態下,S極和D極之間能保證的最大電壓。它的溫度使用范圍在25~175℃之間。
Id:在元件完全導通狀態下,焊接襯底維持在25℃時,可以流過的最大持續電流。當然此時Vgs=10V
Ptot:焊接襯底維持在25℃時,元件自身可以承受的最大功耗。
Rds-on:元件導通狀態下,S極和G極之間阻抗值。包括典型值和最大值。需要注意這個值會隨著Tj和Vgs發生明顯變化。
Eds-ALS:非重復性的S極和D極間的雪崩能量。換句話說就是當出現任何超過元件Vds限值的電壓尖峰或者脈沖出現時,元件可以承受的最大能量。超過這個能量,元件有被損壞的風險。
Qgd:G極和D極之間的電荷。它是一個非常重要的關于開關損耗的參數。
三 管腳信息
四 極限值
極限值表格提供了元件可以工作的最大值工作范圍。它的定義來自國標IEC 60134(電子管和半導體器件的額定值制度)。當元件工作在此范圍之外時,元件質量得不到保證。可能出現的問題是立即失效或者壽命縮減。有些極限值是在一定條件下取得的,例如溫度。
VDS:漏極-源極間電壓。在元件不導通狀態下,S極和D極之間能保證的最大電壓。它的溫度使用范圍在25~175℃之間。例如當在25℃以下工作時,由于雪崩擊穿的正溫度系統原因,Vds的限值會減小。
Vgs:柵極-源極間電壓。原件的柵極和源極兩端可以承受的最大電壓。有些手冊中會定義直流電壓和脈沖電壓。直流電壓是在規定的結溫范圍內和元件整個生命周期內,元件可以承受的電壓。脈沖電壓是指在最大結溫條件下,幅值越高的脈沖,其寬度要越短。
柵極氧化物的壽命會隨著溫度的上升和柵極電壓的升高而減小。因此在選擇元件時,需要主要前提條件(即節溫和電壓)
Vdgr:漏極柵極間電壓。
Id:漏極電流。在元件完全導通狀態下,焊接襯底維持在25℃時,可以流過的最大持續電流。這個值與元件的封裝構造、最大結溫有關。因此它和焊接襯底溫度Tmb、元件熱阻Rth、最大結溫下的Rds-on都有關系。
Idm:漏極峰值電流。在10us或者更短時間脈沖下,元件可以承受的最大漏極電流值。
Ptot:焊接襯底維持在25℃時,元件自身可以承受的最大功耗。在實際應用中,很難控制消耗這么多的功耗時,焊接襯底溫度還能持續在25℃。
Tstg:存儲溫度。不影響元件可靠性的可以存儲的溫度范圍。長期存儲元件時應該用惰性氣體來阻止元器件性能惡化,例如管腳銹蝕。
Tj:節點溫度。元件的工作溫度范圍。
Is:源極電流。此處是指元件體二極管可以承受的最大持續電流。
Ism:源極鋒值電流此處是指元件體二極管可以承受的最大脈沖電流。
Rds-on:元件導通狀態下,S極和G極之間阻抗值。包括典型值和最大值。需要注意這個值會隨著Tj和Vgs發生明顯變化。
Eds-ALS:非重復性的S極和D極間的雪崩能量。在特定條件下,元件允許的單次最大過電壓脈沖能量值。換句話說就是當出現任何超過元件Vds限值的電壓尖峰或者脈沖出現時,元件可以承受的最大能量。超過這個能量,元件有被損壞的風險。
Eds-ALR:當多于一個雪崩事件出現時,其中任意一個單次雪崩事件能夠允許的最大能量數值。對于重復雪崩事件,除了有能量需求外,還有標準的熱需求。
五 降額曲線
降額曲線可以讓我們得知電流和功率限值隨著溫度變化的情況。
5.1 漏極持續電流
下圖描述元件漏極持續電流和焊接襯底溫度之間的關系。如圖中紅色箭頭所示,當焊接襯底溫度是75℃時,漏極最大電流已經從室溫的61.8A降低到50A。
此圖中縱軸所展示的最大電流值,是指元件在橫軸對應的焊接襯底溫度Tmb下,使元件的Tj升高到最大結溫175℃時的電流。
如果我們知道最大結溫Tj下的Rds-on值,就可以求得對應最大結溫Tj下的功率:P=Rds-on x I^2。由此式可以看出允許的最大電流和允許的最大功率的平方根成比例。
以上的曲線來自下面的公式。注:∝是指一個物理量與另一個物理量成正比例關系
5.2 功率損耗
下圖是功率損耗和溫度的關系。縱軸是百分比。例如紅色箭頭所示是指:在元件焊接襯底溫度75℃時,元件允許的功率損耗最大值是25℃時的66%。25℃時的最大持續功率損耗在極限值表格有給出,為105W。
此曲線來自如下公式
電路選型和設計時,要把以上的曲線和極限值表格結合起來使用。
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