在应用中功率MOSFET器件的基本参数分析

在汽车电子的驱动负载的各种应用中，最常见的半导体元件就是功率MOSFET了。本文不准备写成一篇介绍功率MOSFET的技术大全，只是让读者去了解如何正确的理解功率MOSFET数据表中的常用主要参数，以帮助设计者更好的使用功率MOSFET进行设计。

数据表中的参数分为两类：即最大额定值和电气特性值。对于前者，在任何情况下都 不能超过，否则器件将永久损害；对于后者，一般以最小值、最大值、和典型值的形式给出，它们的值与测试方法和应用条件密切相关。在实际应用中，若超出电气特性值，器件本身并不一定损坏，但如果设计裕度不足，可能导致电路工作失常。

在功率MOSFET的数据表给出的参数中， 通常最为关心的基本参数为Rds（on）、VBR（DSS）、Qgs和Vgs。更为高级一些的参数，如ID、Rthjc、SOA、Transfer Curve、EAS等，将在本文的下篇中再做介绍。

为了使每个参数的说明更具备直观性和易于理解，选用了英飞凌公司的功率MOSFET，型号为IPD90N06S4-04。本文中所有的表格和图表也是从IPD90N06S4-04中摘录出来的。下面就对这些参数做逐一的介绍。

Rds（on）： 通态电阻。Rds（on）是和温度和Vgs相关的参数，是MOSFET重要的参数之一。在数据表中，给出了在室温下的典型值和最大值，并给出了得到这个值的测试条件，详见下表。

除了表格以外，数据表中还给出了通态电阻随着结温变化的数据图。从图中可以看出，结温越高，通态电阻越高。正是由于这个特性，当单个功率MOSFET的电流容量不够时，可以采用多个同类型的功率MOSFET并联来进行扩流。

如果需要计算在指定温度下的Rds（on），可以采用以下的计算公式。

上式中a为与工艺技术有关的常数，对于英飞凌的此类功率MOSFET，可以采用0.4作为常数值。如果需要快速的估算，可以粗略认为：在最高结温下的Rds（on）通态电阻是室温下通态电阻的2倍。下表的曲线给出了Rds（on）随环境温度变化的关系。

VBR（DSS）：定义了MOSFET的源级和漏级的最大能购承受的直流电压。在数据表中，此参数都会在数据表的首页给出。注意给出的VBR（DSS）值是在室温下的值。

此外，数据表中还会给出在全温范围内（-55℃…+175℃） VBR（DSS） 随着温度变化的曲线。

从上表中可以看出，VBR（DSS）是随着温度变化的，所以在设计中要注意在极限温度下的VBR（DSS）仍然能够满足系统电源对VBR（DSS） 的要求。

Qgs：数据表中给出了为了使功率MOSFET导通时在给定了的Vds电压下，当Vgs变化时的栅级电荷变化的曲线。从图表中可以看出，为了使MOSFET完全导通，Vgs的典型值约等于10V，由于器件完全导通，可以减少器件的静态损耗。

Vgs：描述了在指定了漏级电流下需要的栅源电压。数据表中给出的是在室温下，当Vds=Vgs 时，漏极电流在微安等级时的Vgs 电压。数据表中给出了最小值、典型值和最大值。

需要注意的是，在同样的漏极电流下，Vgs 电压会随着结温的升高而减小。在高结温的情况下，漏极电流已经接近达到了Idss（漏极电流）。为此，数据表中还会给出一条比常温下指定电流大10倍的漏极电流曲线作为设计参考。如下图所示。

以上介绍了在功率MOSFET数据表中最为设计者关心的基本参数 Rds（on）、VBR（DSS）、Qgs和Vgs。如果需要更为深入的了解和使用功率MOSFET，还需要进一步的去了解更深入的一些参数，将在本文的下篇中再做介绍。

作者简介：

高杨

近20年在汽车电子TOP10公司经验，特别是在车载控制器领域（多媒体、车身、驾驶辅助及VCU）。曾任职博世汽车专家级工程师，超过10年在汽车零部件（博世和大陆汽车），5+年汽车半导体（德州仪器和英飞凌），历任多种资深（系统、设计、产品）工程师职务。丰富的平台开发（从0到1）及产品开发的工程经验和技术积累。 Ford SYNC第一代的核心硬件工程师，定义和开发了德州仪器（TI）第一款智能高边驱动器（TPS1H100-Q1），填补了公司在汽车电子市场的技术路线和市场空白。 整理和标准化了与设计开发的技术文件，可以直接用于指导设计及融入公司的文件体系中，满足体系审查要求和提高公司的设计流程和管理水平。硬件设计流程管理的模板（45+篇），硬件设计评审和检查清单模板（50+篇）。 企业内训师认证（TTT） ，超过2500页汽车电子设计培训内容PPT，满足从入门、中级及高级汽车电子设计的培训要求，目前在4家企业内部实施过培训，收到了很好的反馈。 目前获得13件汽车电子专利（截止2019年12月）。《EDN电子技术设计》汽车电子专栏作者责任编辑：gt