深入剖析FCD2250N80Z N - 沟道SuperFET® II MOSFET

一、引言

在电子工程师的日常设计工作中，MOSFET是一种极为常见且关键的电子元件。今天，我们就来详细剖析一款性能出色的N - 沟道SuperFET® II MOSFET——FCD2250N80Z。它在AC - DC电源、LED照明等领域有着广泛的应用，了解其特性和参数对于我们的设计工作至关重要。

文件下载：FCD2250N80ZCN-D.pdf

二、公司背景与产品编号变更

飞兆半导体（FAIRCHILD）现已成为安森美半导体（ON Semiconductor）的一部分。由于系统要求，部分飞兆可订购的产品编号需要更改。因为安森美半导体的产品管理系统无法处理带有下划线（）的部件命名法，所以飞兆部件编号中的下划线（）将更改为破折号（-）。大家可以通过安森美半导体的网站（www.onsemi.com）核实更新后的设备编号。

三、FCD2250N80Z MOSFET特性

3.1 基本参数

FCD2250N80Z是一款800V、2.6A、2.25Ω的N - 沟道SuperFET® II MOSFET。其典型的导通电阻 (R_{DS(on)} = 1.8 Omega)，这一参数表明它在导通状态下的功耗较低，能有效减少能量损耗。

3.2 电气特性优势

• 超低栅极电荷：典型值 (Q_{g}=11 nC)，低栅极电荷意味着在开关过程中所需的驱动能量较少，能够提高开关速度，降低开关损耗。
• 低 (E_{oss })：典型值1.1 uJ @ 400 V，这有助于减少开关过程中的能量存储和释放，提高电源效率。
• 低有效输出电容：典型值 (C_{oss(eff.) }=51 pF)，可以降低开关过程中的容性损耗，提升系统的性能。
• 雪崩测试与ESD能力：100%经过雪崩测试，并且具备增强的ESD能力，这使得该MOSFET在复杂的工作环境中具有更高的可靠性和稳定性。
• 符合RoHS标准：意味着该产品符合环保要求，在当今注重环保的大环境下，这是一个重要的特性。

四、应用领域

4.1 AC - DC电源

在AC - DC电源设计中，FCD2250N80Z的低导通电阻和出色的开关性能能够有效提高电源的效率和稳定性。其低栅极电荷和低 (E_{oss }) 特性可以减少开关损耗，从而降低电源的发热，延长电源的使用寿命。

4.2 LED照明

在LED照明领域，该MOSFET可以用于驱动LED灯，其低功耗和高可靠性能够保证LED灯的稳定发光，同时降低能源消耗。

五、最大绝对额定值与热性能

5.1 最大绝对额定值

在 (T_{C}=25^{circ} C) （除非另有说明）的条件下，该MOSFET的各项最大绝对额定值如下：	符号	参数	FCD2250N80Z	单位
(V_{DSS})	漏极 - 源极电压	800	V
(V_{GSS})	栅极 - 源极电压	-DC： ±20 V -AC (f>1Hz)： ±30 V	V
(I_{D})	漏极电流 - 连续 ((T_{C}=25^{circ}C))	2.6	A
(I_{D})	漏极电流 - 连续 ((T_{C}= 100^{circ}C))	1.7	A
(I_{DM})	漏极电流 - 脉冲	6.5	A
(E_{AS})	单脉冲雪崩能量	21.6	mJ
(I_{AR})	雪崩电流	0.52	A
(E_{AR})	重复雪崩能量	0.39	mJ
(dv/dt)	MOSFET dv/dt	100	V/ns
二极管恢复dv/dt峰值	20	V/ns
(P_{D})	功耗 ((T_{C}= 25^{circ}C))	39	W
高于25°C的功耗系数	0.31	W/°C
(T{J},T{STG})	工作和存储温度范围	-55至 +150	°C
(T_{L})	用于焊接的最大引脚温度（距离外壳1/8"，持续5秒）	300	°C

5.2 热性能

• 结至外壳热阻 (R_{θJC})：最大值为3.2 °C/W，这表明热量从芯片结到外壳的传导能力较好，能够有效散热。
• 结至环境热阻 (R_{θJA})：最大值为100 °C/W，反映了热量从芯片结到周围环境的散热情况。

六、电气特性

6.1 关断特性

• 漏极 - 源极击穿电压 (B_{V D S S})：在 (V{GS} = 0 V)，(I{D} = 1 mA)，(T_{J} = 25^{circ}C) 的条件下，最小值为800 V，这表明该MOSFET能够承受较高的电压而不被击穿。
• 击穿电压温度系数 (Delta B{V D S S} / Delta T{J})：在 (I_{D}=1 mA)，参考25°C数值时为0.85 V/°C，说明击穿电压会随着温度的升高而有所增加。
• 零栅极电压漏极电流 (I_{D S S})：在不同的 (V{D S}) 和 (T{C}) 条件下有不同的值，如 (V{D S} = 640 V)，(V{G S} = 0 V)，(T{C} = 125^{circ}C) 时为25 μA；(V{D S} = 800 V)，(V_{G S} = 0 V) 时为250 μA，这体现了在关断状态下的漏电流情况。
• 栅极 - 体漏电流 (I_{G S S})：在 (V{G S} = ±20 V)，(V{D S} = 0 V) 时为 ±10 μA，反映了栅极与体之间的漏电情况。

6.2 导通特性

• 栅极阈值电压 (V_{G S(th)})：在 (V{G S} = V{D S})，(I_{D} = 0.26 mA) 时，范围为2.5 - 4.5 V，这是MOSFET开始导通的临界电压。
• 漏极至源极静态导通电阻 (R_{D S(on)})：在 (V{G S} = 10 V)，(I{D} = 1.3 A) 时，典型值为1.87 Ω，最大值为2.25 Ω，该参数直接影响导通时的功率损耗。
• 正向跨导 (g_{F S})：在 (V{D S} = 20 V)，(I{D} = 1.3 A) 时为2.28 S，体现了栅极电压对漏极电流的控制能力。

6.3 动态特性

• 输入电容 (C_{i s s})：在 (V{D S} = 100 V)，(V{G S} = 0 V)，(f = 1 MHz) 时，范围为440 - 585 pF，该电容会影响MOSFET的开关速度。
• 输出电容 (C_{o s s})：在不同的 (V{D S}) 条件下有不同的值，如 (V{D S} = 100 V) 时为16 - 22 pF，(V_{D S} = 480 V) 时为8.4 pF，输出电容会影响开关过程中的能量存储和释放。
• 反向传输电容 (C_{r s s})：为0.75 pF，它会影响MOSFET的米勒效应。
• 有效输出电容 (C_{o s s(eff.)})：在 (V{D S} = 0 V) 至480 V，(V{G S} = 0 V) 时为51 pF，对开关损耗有重要影响。
• 10 V的栅极电荷总量 (Q_{g(tot)})：在 (V{D S} = 640 V)，(I{D} = 2.6 A)，(V_{G S} = 10 V) 时，范围为11 - 14 nC，这与开关速度和驱动能量相关。
• 栅极 - 源极栅极电荷 (Q_{g s})：为2.2 nC，栅极 - 漏极“ 米勒” 电荷 (Q_{g d}) 为4.3 nC，它们对MOSFET的开关特性有重要影响。
• 等效串联电阻 (ESR)：在 (f = 1 MHz) 时为2.8 Ω，会影响电路的性能。

6.4 开关特性

• 导通延迟时间 (t_{d(on)})：在 (V{D D} = 400 V)，(I{D} = 2.6 A)，(V{G S} = 10 V)，(R{g} = 4.7 Ω) 时，范围为11 - 32 ns。
• 开通上升时间 (t_{r})：范围为6.7 - 23 ns。
• 关断延迟时间 (t_{d(off)})：范围为26 - 62 ns。
• 关断下降时间 (t_{f})：范围为8.7 - 27 ns。这些开关时间参数直接影响MOSFET的开关速度和效率。

6.5 漏极 - 源极二极管特性

• 漏极 - 源极二极管最大正向连续电流 (I_{S})：为2.6 A。
• 漏极 - 源极二极管最大正向脉冲电流 (I_{S M})：为6.5 A。
• 漏极 - 源极二极管正向电压 (V_{S D})：在 (V{G S} = 0 V)，(I{S D} = 2.6 A) 时为1.2 V。
• 反向恢复时间 (t_{r r})：在 (V{G S} = 0 V)，(I{S D} = 2.6 A)，(dI_{F}/dt = 100 A/μs) 时为260 ns。
• 反向恢复电荷 (Q_{r r})：为2.2 μC。这些参数对于二极管的性能和电路的稳定性至关重要。

七、典型性能特征

文档中给出了多个典型性能特征图，如导通区域特性图、传输特性图、导通电阻变化与漏极电流和栅极电压的关系图等。这些图直观地展示了MOSFET在不同条件下的性能变化，对于工程师在设计电路时选择合适的工作点和参数具有重要的参考价值。例如，通过导通电阻变化与漏极电流和栅极电压的关系图，我们可以了解到在不同的漏极电流和栅极电压下，导通电阻的变化情况，从而优化电路设计，降低功耗。

八、机械尺寸与封装

FCD2250N80Z采用D - PAK封装，其机械尺寸有详细的图纸说明。封装图纸作为一项服务提供给客户，但具体参数可能会有变化，且不会做出相应通知。大家可以随时访问飞兆半导体在线封装网页（http://www.fairchildsemi.com/package/packageDetails.html?id=PN_TT252 - 003）获取最新的封装图纸。

九、商标、声明与注意事项

9.1 商标

飞兆半导体拥有众多注册及未注册的商标或服务标志，如AccuPower™、SuperFET®等。部分商标为其他公司所有并授权飞兆半导体使用。

9.2 声明

飞兆半导体保留对产品作出变动的权利，且不承担产品应用中出现问题的责任，不转让专利权下的许可证和其他权利。产品保修条款仅适用于本文相关产品。

9.3 使用寿命条款

若无飞兆半导体公司正式的书面授权，其产品不可作为生命支持设备或系统中的关键器件。

9.4 防伪条款

飞兆半导体采取措施防止客户购买到仿造零部件，鼓励客户直接从飞兆半导体或其授权分销商处购买产品，对于从非授权分销商购买的零部件，不提供保修或其他援助。

9.5 产品状态定义

产品状态分为预告（初级阶段/设计阶段）、初级（样品）、量产和废弃（停产），不同状态的数据表含义不同。

十、总结

FCD2250N80Z N - 沟道SuperFET® II MOSFET具有低导通电阻、低栅极电荷、低 (E_{oss }) 等诸多优异特性，适用于AC - DC电源、LED照明等多种应用领域。作为电子工程师，我们在设计电路时，需要充分考虑其各项参数和特性，结合实际应用需求，合理选择和使用该MOSFET，以实现电路的高性能和高可靠性。同时，要注意产品编号变更、商标、声明等相关事项，确保设计工作的顺利进行。大家在使用过程中，是否遇到过类似MOSFET的应用难题呢？欢迎在评论区分享交流。