深入解析FDD86250_F085 N-Channel Shielded Gate PowerTrench® MOSFET

在电子工程师的日常工作中，MOSFET（金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管）是一种极为常见且关键的电子元件。今天，我们要详细探讨的是 ON Semiconductor（现 onsemi）推出的 FDD86250_F085 N-Channel Shielded Gate PowerTrench® MOSFET。

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一、产品概述

FDD86250_F085 是一款 N 沟道屏蔽栅 PowerTrench® MOSFET，具备 150V 的耐压能力、50A 的电流处理能力以及 22mΩ 的导通电阻。它具有诸多出色的特性，适用于多种应用场景。

1. 产品特性

• 低导通电阻：在 (V{GS}=10V)、(I{D}=20A) 的条件下，典型 (R_{DS(on)}=19.4mΩ)。低导通电阻意味着在导通状态下，MOSFET 的功率损耗较小，能够有效提高电路的效率。
• 低栅极电荷：在 (V{GS}=10V)、(I{D}=40A) 时，典型 (Q_{g(tot)}=28nC)。低栅极电荷可以减少开关过程中的能量损耗，提高开关速度。
• UIS 能力：具备单脉冲雪崩能量能力，起始 (T{J}=25^{circ}C)，(L = 0.1mH)，(I{AS}=40A)，(V{DD}=135V) 时，单脉冲雪崩能量 (E{AS}=80mJ)。这使得该 MOSFET 在面对感性负载时，能够承受一定的雪崩能量，保证电路的可靠性。
• RoHS 合规：符合 RoHS 标准，意味着该产品在环保方面符合相关要求，减少了对环境的影响。
• AEC Q101 认证：经过 AEC Q101 认证，适用于汽车电子等对可靠性要求较高的应用场景。

2. 应用领域

• 汽车发动机控制：在汽车发动机控制系统中，需要精确控制电流和电压，FDD86250_F085 的低导通电阻和高可靠性能够满足发动机控制的需求。
• 动力总成管理：用于管理汽车动力总成系统中的功率分配，确保系统的高效运行。
• 螺线管和电机驱动：可以为螺线管和电机提供稳定的驱动电流，实现精确的控制。
• 集成启动器/交流发电机：在集成启动器/交流发电机系统中，该 MOSFET 能够有效地控制电流的通断，提高系统的性能。
• 分布式电源架构和 VRM：适用于分布式电源架构和电压调节模块（VRM），为系统提供稳定的电源。
• 12V 系统的主开关：作为 12V 系统的主开关，能够可靠地控制电路的通断。

二、产品参数

1. 最大额定值

符号	参数	额定值	单位
(V_{DSS})	漏源电压	150	V
(V_{GS})	栅源电压	±20	V
(I_{D})	连续漏极电流（(V{GS}=10V)，(T{C}=25^{circ}C)）	50	A
(I_{DM})	脉冲漏极电流（(T_{C}=25^{circ}C)）	见 Figure 4	A
(E_{AS})	单脉冲雪崩能量	80	mJ
(P_{D})	功率耗散	160	W
降额（(25^{circ}C) 以上）		1.06	(W/^{circ}C)
(T{J})，(T{STG})	工作和存储温度	-55 至 +175	(^{circ}C)
(R_{θJC})	结到壳的热阻	0.94	(^{circ}C/W)
(R_{θJA})	结到环境的最大热阻	40	(^{circ}C/W)

2. 电气特性

截止特性

• (BV_{DSS})（漏源击穿电压）：当 (I{D}=250μA)，(V{GS}=0V) 时，(BV_{DSS}=150V)。
• (I_{DSS})（漏源泄漏电流）：在 (V{DS}=150V)，(T{J}=25^{circ}C)，(V{GS}=0V) 时，(I{DSS}leq1μA)；在 (T{J}=175^{circ}C) 时，(I{DSS}leq1mA)。
• (I_{GSS})（栅源泄漏电流）：当 (V{GS}=±20V) 时，(I{GSS}=±100nA)。

导通特性

• (V_{GS(th)})（栅源阈值电压）：当 (V{GS}=V{DS})，(I{D}=250μA) 时，(V{GS(th)}) 在 2 - 4V 之间。
• (R_{DS(on)})（漏源导通电阻）：在 (I{D}=20A)，(T{J}=25^{circ}C)，(V{GS}=10V) 时，(R{DS(on)}=19.4mΩ)；在 (T{J}=175^{circ}C) 时，(R{DS(on)}) 在 56 - 62mΩ 之间。

动态特性

• (C_{iss})（输入电容）：在 (V{DS}=75V)，(V{GS}=0V)，(f = 1MHz) 时，(C_{iss}=1900pF)。
• (C_{oss})（输出电容）：(C_{oss}=169pF)。
• (C_{rss})（反向传输电容）：(C_{rss}=10pF)。
• (R_{g})（栅极电阻）：(f = 1MHz) 时，(R_{g}=0.5Ω)。
• (Q_{g(tot)})（总栅极电荷）：当 (V{GS}=0) 到 10V，(V{DD}=120V)，(I{D}=40A) 时，(Q{g(tot)}=28nC)。
• (Q_{g(th)})（阈值栅极电荷）：当 (V{GS}=0) 到 2V 时，(Q{g(th)}=4nC)。
• (Q_{gs})（栅源栅极电荷）：(Q_{gs}=11nC)。
• (Q_{gd})（栅漏“米勒”电荷）：(Q_{gd}=7nC)。

开关特性

• (t_{on})（导通时间）：(t_{on}=64ns)。
• (t_{d(on)})（导通延迟时间）：在 (V{DD}=75V)，(I{D}=40A)，(V{GS}=10V)，(R{GEN}=6Ω) 时，(t_{d(on)}=14ns)。
• (t_{r})（上升时间）：(t_{r}=34ns)。
• (t_{d(off)})（关断延迟时间）：(t_{d(off)}=23ns)。
• (t_{f})（下降时间）：(t_{f}=5ns)。
• (t_{off})（关断时间）：(t_{off}=37ns)。

漏源二极管特性

• (V_{SD})（源漏二极管电压）：当 (I{SD}=40A)，(V{GS}=0V) 时，(V{SD}) 在 0.9 - 1.25V 之间；当 (I{SD}=20A)，(V{GS}=0V) 时，(V{SD}) 在 0.8 - 1.2V 之间。
• (t_{rr})（反向恢复时间）：在 (V{DD}=120V)，(I{F}=40A)，(dI{SD}/dt = 100A/μs) 时，(t{rr}) 在 91 - 137ns 之间。
• (Q_{rr})（反向恢复电荷）：(Q_{rr}) 在 237 - 355nC 之间。

三、典型特性曲线分析

文档中给出了多个典型特性曲线，这些曲线对于工程师理解 MOSFET 的性能和应用非常重要。

1. 归一化功率耗散与壳温的关系

从 Figure 1 可以看出，随着壳温的升高，功率耗散会逐渐降低。这是因为温度升高会导致 MOSFET 的电阻增加，从而增加功率损耗。在设计电路时，需要考虑到温度对功率耗散的影响，确保 MOSFET 在安全的功率范围内工作。

2. 最大连续漏极电流与壳温的关系

Figure 2 展示了最大连续漏极电流随壳温的变化情况。随着壳温的升高，最大连续漏极电流会逐渐减小。这是由于温度升高会导致 MOSFET 的性能下降，为了保证 MOSFET 的安全运行，需要降低其工作电流。

3. 归一化最大瞬态热阻抗与脉冲持续时间的关系

Figure 3 反映了不同占空比下归一化最大瞬态热阻抗与脉冲持续时间的关系。在设计电路时，需要根据脉冲持续时间和占空比来选择合适的散热措施，以确保 MOSFET 的温度在安全范围内。

4. 峰值电流能力与脉冲持续时间的关系

Figure 4 显示了峰值电流能力随脉冲持续时间的变化。在短脉冲情况下，MOSFET 能够承受较高的峰值电流；而在长脉冲情况下，峰值电流会受到限制。工程师在设计电路时，需要根据实际的脉冲情况来确定 MOSFET 的峰值电流能力。

5. 正向偏置安全工作区

Figure 5 给出了正向偏置安全工作区的曲线。在这个区域内，MOSFET 能够安全地工作，不会出现过热或损坏的情况。工程师在设计电路时，需要确保 MOSFET 的工作点在安全工作区内。

6. 非钳位电感开关能力

Figure 6 展示了非钳位电感开关能力的曲线。该曲线反映了 MOSFET 在感性负载下的开关性能，对于设计含有感性负载的电路非常重要。

7. 转移特性、正向二极管特性、饱和特性等

Figure 7 - Figure 10 分别展示了转移特性、正向二极管特性、饱和特性等曲线。这些曲线可以帮助工程师了解 MOSFET 在不同工作条件下的性能，从而更好地进行电路设计。

8. (R_{DS(on)}) 与栅极电压、结温的关系

Figure 11 和 Figure 12 分别展示了 (R{DS(on)}) 与栅极电压和结温的关系。随着栅极电压的增加，(R{DS(on)}) 会减小；随着结温的升高，(R{DS(on)}) 会增加。在设计电路时，需要考虑到这些因素对 (R{DS(on)}) 的影响，以确保电路的性能。

9. 归一化栅极阈值电压、漏源击穿电压与温度的关系

Figure 13 和 Figure 14 分别展示了归一化栅极阈值电压和漏源击穿电压与温度的关系。随着温度的升高，栅极阈值电压和漏源击穿电压会发生变化。工程师在设计电路时，需要考虑到这些变化对电路性能的影响。

10. 电容与漏源电压、栅极电荷与栅源电压的关系

Figure 15 和 Figure 16 分别展示了电容与漏源电压、栅极电荷与栅源电压的关系。这些曲线可以帮助工程师了解 MOSFET 的电容特性和栅极电荷特性，从而更好地进行电路设计。

四、封装与订购信息

FDD86250_F085 采用 D-PAK(TO - 252) 封装，具体的封装尺寸和引脚信息在文档中有详细说明。订购信息如下：	器件标记	器件	封装	卷盘尺寸	胶带宽度	数量
FDD86250	FDD86250_F085	D-PAK(TO - 252)	13”	16mm	2500 单位

五、注意事项

在使用 FDD86250_F085 MOSFET 时，需要注意以下几点：

1. 参数验证：文档中给出的“典型”参数在不同的应用中可能会有所变化，实际性能也可能随时间而变化。因此，所有的工作参数，包括“典型”参数，都需要由客户的技术专家针对每个客户应用进行验证。
2. 应用限制：该 MOSFET 不适合用于生命支持系统、FDA Class 3 医疗设备或具有相同或类似分类的医疗设备，以及任何用于人体植入的设备。如果买方将该产品用于这些非预期或未经授权的应用，买方应承担相应的责任。
3. 温度影响：温度对 MOSFET 的性能有很大影响，在设计电路时需要充分考虑温度因素，采取适当的散热措施，确保 MOSFET 在安全的温度范围内工作。

总之，FDD86250_F085 N-Channel Shielded Gate PowerTrench® MOSFET 是一款性能出色的 MOSFET，具有低导通电阻、低栅极电荷、UIS 能力等优点，适用于多种应用场景。工程师在使用该产品时，需要充分了解其参数和特性，根据实际需求进行合理的设计和应用。大家在实际应用中有没有遇到过类似 MOSFET 的问题呢？欢迎在评论区分享交流。