FDB16AN08A0 N-Channel PowerTrench® MOSFET：特性、应用与设计要点

一、引言

在电子设计领域，MOSFET作为重要的功率开关器件，广泛应用于各种电路中。FDB16AN08A0是一款N - 通道PowerTrench® MOSFET，由Fairchild Semiconductor推出，如今Fairchild已成为ON Semiconductor的一部分。本文将详细介绍FDB16AN08A0的特性、应用以及设计过程中需要关注的要点。

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二、器件概述

FDB16AN08A0是一款75V、58A、16mΩ的N - 通道PowerTrench® MOSFET。它具有低导通电阻、低米勒电荷等特点，适用于多种功率应用场景。其主要特性如下：

1. 低导通电阻：在(V{GS}=10V)，(I{D}=58A)的条件下，典型导通电阻(R_{DS(on)} = 13mΩ)，这有助于降低功率损耗，提高电路效率。
2. 低米勒电荷：在(V{GS}=10V)时，(Q{G(10)} = 28nC)（典型值），低米勒电荷可以减少开关损耗，提高开关速度。
3. 体二极管UIS能力：具备单脉冲和重复脉冲的体二极管UIS（非钳位电感开关）能力，增强了器件在感性负载应用中的可靠性。

三、应用领域

FDB16AN08A0适用于以下多种应用场景：

1. 电机驱动和不间断电源（UPS）：在电机驱动中，MOSFET用于控制电机的转速和方向；在UPS中，它可以实现功率的切换和管理。
2. 电池保护电路：可以防止电池过充、过放和短路，保护电池的安全和寿命。
3. ATX / 服务器 / 电信电源的同步整流：提高电源的效率和稳定性。

四、电气特性

4.1 最大额定值

在(T_{C}=25^{circ}C)的条件下，FDB16AN08A0的主要最大额定值如下：	参数	符号	数值	单位
漏源电压	(V_{DSS})	75	V
栅源电压	(V_{GS})	±20	V
连续漏极电流（(T{C}=25^{circ}C)，(V{GS}=10V)）	(I_{D})	58	A
连续漏极电流（(T{C}=100^{circ}C)，(V{GS}=10V)）	(I_{D})	44	A
脉冲漏极电流	-	-	-
单脉冲雪崩能量	(E_{AS})	117	mJ
功率耗散	(P_{D})	135	W
工作和存储温度范围	(T{J})，(T{STG})	- 55 to 175	(^{circ}C)

4.2 电气特性参数

在(T_{C}=25^{circ}C)的条件下，FDB16AN08A0的电气特性参数如下：	参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位
漏源击穿电压	(B_{VDS})	75	-	-	V
零栅压漏极电流	(I_{DSS})	1	-	250	(mu A)
栅源泄漏电流	(I_{GSS})	-	-	±100	nA
栅源阈值电压	(V_{GS(TH)})	2	-	4	V
漏源导通电阻	(r_{DS(ON)})	0.013	0.016	0.019	Ω
输入电容	(C_{ISS})	-	1857	-	pF
输出电容	(C_{OSS})	-	288	-	pF
反向传输电容	(C_{RSS})	-	88	-	pF
总栅电荷（10V）	(Q_{g(TOT)})	-	28	42	nC
阈值栅电荷	(Q_{g(TH)})	3.5	-	5	nC
栅源栅电荷	(Q_{gs})	-	11	-	nC
栅电荷阈值到平台	(Q_{gs2})	-	7.6	-	nC
栅漏“米勒”电荷	(Q_{gd})	-	6.4	-	nC
导通时间	(t_{ON})	-	135	-	ns
导通延迟时间	(t_{d(ON)})	-	8	-	ns
上升时间	(t_{r})	-	82	-	ns
关断延迟时间	(t_{d(OFF)})	-	28	-	ns
下降时间	(t_{f})	-	30	-	ns
关断时间	(t_{OFF})	-	86	-	ns
源漏二极管电压	(V_{SD})	1.0	-	1.25	V
反向恢复时间	(t_{rr})	-	35	-	ns
反向恢复电荷	(Q_{RR})	-	36	-	nC

五、典型特性曲线

5.1 功率耗散与环境温度关系

通过图1可以看出，功率耗散乘数随着环境温度的升高而降低。这意味着在高温环境下，器件的功率耗散能力会下降，需要注意散热设计。

5.2 最大连续漏极电流与壳温关系

图2展示了最大连续漏极电流与壳温的关系。随着壳温的升高，最大连续漏极电流会逐渐减小。在设计电路时，需要根据实际的工作温度来确定合适的电流值。

5.3 归一化最大瞬态热阻抗

图3给出了归一化最大瞬态热阻抗与脉冲持续时间的关系。在脉冲应用中，需要考虑瞬态热阻抗对器件温度的影响，以确保器件在安全的温度范围内工作。

5.4 峰值电流能力

图4显示了峰值电流能力与脉冲宽度的关系。在短脉冲情况下，器件可以承受较高的峰值电流，但随着脉冲宽度的增加，峰值电流会逐渐减小。

5.5 正向偏置安全工作区

图5展示了正向偏置安全工作区。在设计电路时，需要确保器件的工作点在安全工作区内，以避免器件损坏。

5.6 非钳位电感开关能力

图6给出了非钳位电感开关能力。在感性负载应用中，需要考虑器件的UIS能力，以确保器件在开关过程中不会因过电压而损坏。

5.7 传输特性

图7展示了传输特性，即漏极电流与栅源电压的关系。通过该曲线可以了解器件的导通特性，为电路设计提供参考。

5.8 饱和特性

图8显示了饱和特性，即漏极电流与漏源电压的关系。在饱和区，漏极电流基本保持不变，这对于功率控制非常重要。

5.9 漏源导通电阻与漏极电流关系

图9展示了漏源导通电阻与漏极电流的关系。随着漏极电流的增加，漏源导通电阻会略有增加。

5.10 归一化漏源导通电阻与结温关系

图10显示了归一化漏源导通电阻与结温的关系。随着结温的升高，漏源导通电阻会增加，这会导致功率损耗增加。

5.11 归一化栅阈值电压与结温关系

图11展示了归一化栅阈值电压与结温的关系。结温的变化会影响栅阈值电压，从而影响器件的导通特性。

5.12 归一化漏源击穿电压与结温关系

图12显示了归一化漏源击穿电压与结温的关系。结温的升高会导致漏源击穿电压降低，需要注意器件的耐压能力。

5.13 电容与漏源电压关系

图13展示了电容与漏源电压的关系。随着漏源电压的增加，电容值会发生变化，这会影响器件的开关特性。

5.14 栅电荷波形

图14给出了栅电荷波形。通过栅电荷波形可以了解器件的开关过程，优化开关电路的设计。

六、测试电路和波形

文档中还给出了多种测试电路和波形，如非钳位能量测试电路（图15）、栅电荷测试电路（图17）、开关时间测试电路（图19）等。这些测试电路和波形可以帮助工程师更好地了解器件的性能，进行电路设计和调试。

七、热阻与安装焊盘面积关系

在使用表面贴装器件时，热阻是一个重要的参数。热阻与安装焊盘面积密切相关，安装焊盘面积越大，热阻越小，器件的散热性能越好。文档中给出了热阻与安装焊盘面积的关系曲线（图21），并提供了相应的计算公式：

• 当面积以平方英寸为单位时：(R_{theta JA}=26.51+frac{19.84}{(0.262 + Area)})
• 当面积以平方厘米为单位时：(R_{theta JA}=26.51+frac{128}{(1.69 + Area)})

在设计电路时，需要根据实际的应用场景和散热要求，选择合适的安装焊盘面积，以确保器件的温度在安全范围内。

八、电气模型和热模型

文档中提供了PSPICE电气模型、SABER电气模型、SPICE热模型和SABER热模型。这些模型可以帮助工程师在电路设计阶段进行仿真，预测器件的性能，优化电路设计。

九、机械尺寸

文档中给出了FDB16AN08A0的机械尺寸（图22），包括封装尺寸、引脚间距等信息。在进行电路板设计时，需要根据器件的机械尺寸进行布局，确保器件能够正确安装和使用。

十、注意事项

10.1 命名规则变更

由于Fairchild Semiconductor被ON Semiconductor整合，部分Fairchild可订购的零件编号需要更改，以满足ON Semiconductor的系统要求。Fairchild零件编号中的下划线（_）将更改为破折号（-）。在使用时，需要查看ON Semiconductor网站以验证更新后的器件编号。

10.2 应用限制

ON Semiconductor产品不设计、不打算也未获授权用于生命支持系统、FDA Class 3医疗设备或具有相同或类似分类的外国医疗设备，或任何打算植入人体的设备。如果买方将ON Semiconductor产品用于此类非预期或未经授权的应用，买方应承担相关责任。

10.3 反假冒政策

Fairchild Semiconductor采取了强有力的措施来保护自己和客户免受假冒零件的侵害。建议客户直接从Fairchild或授权经销商处购买零件，以确保产品的质量和可靠性。

十一、总结

FDB16AN08A0是一款性能优异的N - 通道PowerTrench® MOSFET，具有低导通电阻、低米勒电荷等特点，适用于多种功率应用场景。在设计电路时，需要充分考虑器件的电气特性、热特性和机械特性，合理选择参数和布局，以确保电路的性能和可靠性。同时，需要注意命名规则变更、应用限制和反假冒政策等问题。希望本文对电子工程师在使用FDB16AN08A0进行电路设计时有所帮助。你在实际应用中是否遇到过类似MOSFET的设计问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。