¿Cuánto sabes sobre los parámetros MOSFET? OLUKEY lo analiza por ti

"MOSFET" es la abreviatura de Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico. Es un dispositivo fabricado con tres materiales: metal, óxido (SiO2 o SiN) y semiconductor. MOSFET es uno de los dispositivos más básicos en el campo de los semiconductores. Ya sea en diseño de circuitos integrados o aplicaciones de circuitos a nivel de placa, es muy extenso. Los principales parámetros de MOSFET incluyen ID, IDM, VGSS, V(BR)DSS, RDS(on), VGS(th), etc. ¿Los conoce? OLUKEY Company, como empresa winsok taiwanesa de media y baja tensión de gama media a altaMOSFETProveedor de servicios de agente, cuenta con un equipo central con casi 20 años de experiencia para explicarle en detalle los diversos parámetros de MOSFET.

Figura: Hoja de especificaciones de WINSOK MOSFETWSG03N10

Descripción del significado de los parámetros MOSFET

1. Parámetros extremos:

ID: Corriente máxima drenaje-fuente. Se refiere a la corriente máxima permitida que pasa entre el drenaje y la fuente cuando el transistor de efecto de campo está funcionando normalmente. La corriente de funcionamiento del transistor de efecto de campo no debe exceder el ID. Este parámetro disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión.

IDM: Corriente máxima pulsada drenaje-fuente. Este parámetro disminuirá a medida que aumenta la temperatura de la unión, reflejando una resistencia al impacto y también está relacionado con el tiempo de pulso. Si este parámetro es demasiado pequeño, el sistema puede correr el riesgo de fallar por la corriente durante la prueba de OCP.

PD: Potencia máxima disipada. Se refiere a la máxima disipación de potencia de la fuente de drenaje permitida sin deteriorar el rendimiento del transistor de efecto de campo. Cuando se utiliza, el consumo de energía real del FET debe ser menor que el del PDSM y dejar un cierto margen. Este parámetro generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión.

VDSS: Tensión soportada máxima drenaje-fuente. El voltaje de la fuente de drenaje cuando la corriente de drenaje que fluye alcanza un valor específico (aumenta bruscamente) bajo una temperatura específica y un cortocircuito de la fuente de puerta. La tensión drenaje-fuente en este caso también se denomina tensión de ruptura de avalancha. VDSS tiene un coeficiente de temperatura positivo. A -50°C, el VDSS es aproximadamente el 90% del que a 25°C. Debido al margen que normalmente se deja en la producción normal, el voltaje de ruptura de avalancha del MOSFET es siempre mayor que el voltaje nominal nominal.

OLUKEYConsejos cálidos: Para garantizar la confiabilidad del producto, en las peores condiciones de trabajo, se recomienda que el voltaje de trabajo no exceda el 80 ~ 90 % del valor nominal.

VGSS: Tensión soportada máxima puerta-fuente. Se refiere al valor VGS cuando la corriente inversa entre la puerta y la fuente comienza a aumentar bruscamente. Exceder este valor de voltaje provocará una ruptura dieléctrica de la capa de óxido de la puerta, que es una ruptura destructiva e irreversible.

TJ: Temperatura máxima de funcionamiento de la unión. Suele ser 150 ℃ o 175 ℃. Bajo las condiciones de trabajo del diseño del dispositivo, es necesario evitar sobrepasar esta temperatura y dejar un cierto margen.

TSTG: rango de temperatura de almacenamiento

Estos dos parámetros, TJ y TSTG, calibran el rango de temperatura de unión permitido por el entorno de trabajo y almacenamiento del dispositivo. Este rango de temperatura está configurado para cumplir con los requisitos mínimos de vida útil del dispositivo. Si se garantiza que el dispositivo funcione dentro de este rango de temperatura, su vida útil se prolongará considerablemente.

2. Parámetros estáticos

Las condiciones de prueba MOSFET son generalmente 2,5 V, 4,5 V y 10 V.

V(BR)DSS: Tensión de ruptura drenaje-fuente. Se refiere al voltaje máximo de fuente de drenaje que el transistor de efecto de campo puede soportar cuando el voltaje de fuente de puerta VGS es 0. Este es un parámetro limitante y el voltaje de operación aplicado al transistor de efecto de campo debe ser menor que V (BR). DSS. Tiene características de temperatura positivas. Por lo tanto, el valor de este parámetro en condiciones de baja temperatura debe tomarse como una consideración de seguridad.

△V(BR)DSS/△Tj: Coeficiente de temperatura del voltaje de ruptura drenaje-fuente, generalmente 0,1 V/℃

RDS (encendido): bajo ciertas condiciones de VGS (generalmente 10 V), temperatura de unión y corriente de drenaje, la resistencia máxima entre el drenaje y la fuente cuando el MOSFET está encendido. Es un parámetro muy importante que determina la energía consumida cuando se enciende el MOSFET. Este parámetro generalmente aumenta a medida que aumenta la temperatura de la unión. Por lo tanto, se debe utilizar el valor de este parámetro a la temperatura de operación más alta de la unión para calcular la pérdida y la caída de voltaje.

VGS(th): voltaje de encendido (voltaje umbral). Cuando el voltaje de control de puerta externo VGS excede VGS(th), las capas de inversión superficial de las regiones de drenaje y fuente forman un canal conectado. En aplicaciones, el voltaje de la compuerta cuando ID es igual a 1 mA en la condición de cortocircuito de drenaje a menudo se denomina voltaje de encendido. Este parámetro generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión.

IDSS: corriente saturada de fuente de drenaje, la corriente de fuente de drenaje cuando el voltaje de compuerta VGS = 0 y VDS es un valor determinado. Generalmente a nivel de microamperios

IGSS: corriente de accionamiento puerta-fuente o corriente inversa. Dado que la impedancia de entrada del MOSFET es muy grande, el IGSS generalmente está en el nivel de nanoamperios.

3. Parámetros dinámicos

gfs: transconductancia. Se refiere a la relación entre el cambio en la corriente de salida del drenaje y el cambio en el voltaje de la puerta-fuente. Es una medida de la capacidad del voltaje puerta-fuente para controlar la corriente de drenaje. Mire el cuadro para conocer la relación de transferencia entre gfs y VGS.

Qg: Capacidad total de carga de la puerta. MOSFET es un dispositivo de conducción de tipo voltaje. El proceso de conducción es el proceso de establecimiento del voltaje de la puerta. Esto se logra cargando la capacitancia entre la fuente de la compuerta y el drenaje de la compuerta. Este aspecto se discutirá en detalle a continuación.

Qgs: Capacidad de carga de la fuente de puerta

Qgd: carga puerta-drenaje (teniendo en cuenta el efecto Miller). MOSFET es un dispositivo de conducción de tipo voltaje. El proceso de conducción es el proceso de establecimiento del voltaje de la puerta. Esto se logra cargando la capacitancia entre la fuente de la compuerta y el drenaje de la compuerta.

Td(on): tiempo de retardo de conducción. El tiempo desde que el voltaje de entrada aumenta al 10% hasta que VDS cae al 90% de su amplitud.

Tr: tiempo de subida, el tiempo que tarda la tensión de salida VDS en caer del 90% al 10% de su amplitud

Td(off): tiempo de retardo de apagado, el tiempo desde que el voltaje de entrada cae al 90 % hasta que VDS aumenta al 10 % de su voltaje de apagado

Tf: Tiempo de caída, el tiempo que tarda la tensión de salida VDS en subir del 10% al 90% de su amplitud.

Ciss: capacitancia de entrada, cortocircuita el drenaje y la fuente, y mide la capacitancia entre la puerta y la fuente con una señal de CA. Ciss= CGD + CGS (cortocircuito CDS). Tiene un impacto directo en los retrasos de encendido y apagado del dispositivo.

Coss: capacitancia de salida, cortocircuita la puerta y la fuente, y mide la capacitancia entre el drenaje y la fuente con una señal de CA. Costo = CDS +CGD

Crss: capacitancia de transmisión inversa. Con la fuente conectada a tierra, la capacitancia medida entre el drenaje y la compuerta Crss=CGD. Uno de los parámetros importantes para los interruptores es el tiempo de subida y bajada. crss=CGD

La mayoría de los fabricantes dividen la capacitancia entre electrodos y la capacitancia inducida por MOSFET de MOSFET en capacitancia de entrada, capacitancia de salida y capacitancia de retroalimentación. Los valores indicados son para un voltaje fijo entre drenaje y fuente. Estas capacitancias cambian a medida que cambia el voltaje de la fuente de drenaje y el valor de la capacitancia tiene un efecto limitado. El valor de capacitancia de entrada solo proporciona una indicación aproximada de la carga requerida por el circuito controlador, mientras que la información de carga de la puerta es más útil. Indica la cantidad de energía que la puerta debe cargar para alcanzar un voltaje específico de puerta a fuente.

4. Parámetros característicos de avería de avalancha

El parámetro característico de ruptura de avalancha es un indicador de la capacidad del MOSFET para resistir sobretensiones en estado apagado. Si el voltaje excede el voltaje límite de la fuente de drenaje, el dispositivo estará en estado de avalancha.

EAS: Energía de ruptura de avalancha de pulso único. Este es un parámetro límite que indica la energía máxima de ruptura de avalancha que puede soportar el MOSFET.

IAR: corriente de avalancha

EAR: Energía de ruptura de avalancha repetida

5. Parámetros del diodo in vivo.

IS: corriente libre máxima continua (desde la fuente)

ISM: impulso de corriente libre máxima (desde la fuente)

VSD: caída de tensión directa

Trr: tiempo de recuperación inverso

Qrr: recuperación de carga inversa

Tonelada: Tiempo de conducción hacia adelante. (Básicamente insignificante)

Parámetros característicos de ruptura de avalancha MOSFET WINSOK

Definición del tiempo de encendido y apagado del MOSFET

Durante el proceso de solicitud, a menudo es necesario considerar las siguientes características:

1. Características del coeficiente de temperatura positivo de V (BR) DSS. Esta característica, que los diferencia de los dispositivos bipolares, los hace más confiables a medida que aumentan las temperaturas normales de funcionamiento. Pero también es necesario prestar atención a su fiabilidad durante los arranques en frío a baja temperatura.

2. Características del coeficiente de temperatura negativo de V(GS)th. El potencial umbral de la puerta disminuirá hasta cierto punto a medida que aumenta la temperatura de la unión. Alguna radiación también reducirá este umbral de potencial, posiblemente incluso por debajo del potencial 0. Esta característica requiere que los ingenieros presten atención a la interferencia y la activación falsa de los MOSFET en estas situaciones, especialmente para aplicaciones MOSFET con potenciales de umbral bajos. Debido a esta característica, a veces es necesario diseñar el potencial de fuera de tensión del controlador de puerta en un valor negativo (refiriéndose al tipo N, tipo P, etc.) para evitar interferencias y activaciones falsas.

3.Características del coeficiente de temperatura positivo de VDSon/RDSo. La característica de que VDSon/RDSon aumenta ligeramente a medida que aumenta la temperatura de la unión hace posible utilizar MOSFET directamente en paralelo. Los dispositivos bipolares son todo lo contrario en este sentido, por lo que su uso en paralelo se vuelve bastante complicado. RDSon también aumentará ligeramente a medida que aumente el ID. Esta característica y las características de temperatura positiva de la unión y la superficie RDSon permiten a los MOSFET evitar averías secundarias como los dispositivos bipolares. Sin embargo, cabe señalar que el efecto de esta característica es bastante limitado. Cuando se utiliza en paralelo, push-pull u otras aplicaciones, no se puede confiar completamente en la autorregulación de esta característica. Todavía se necesitan algunas medidas fundamentales. Esta característica también explica que las pérdidas por conducción sean mayores a altas temperaturas. Por tanto, se debe prestar especial atención a la selección de parámetros al calcular las pérdidas.

4. Las características del coeficiente de temperatura negativo de ID, la comprensión de los parámetros MOSFET y sus características principales ID disminuirán significativamente a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta característica hace que a menudo sea necesario considerar sus parámetros de diámetro interior a altas temperaturas durante el diseño.

5. Características del coeficiente de temperatura negativo de la capacidad de avalancha IER/EAS. Después de que aumenta la temperatura de la unión, aunque el MOSFET tendrá un V(BR)DSS mayor, cabe señalar que el EAS se reducirá significativamente. Es decir, su capacidad para resistir avalanchas en condiciones de alta temperatura es mucho más débil que en temperaturas normales.

6. La capacidad de conducción y el rendimiento de recuperación inversa del diodo parásito en el MOSFET no son mejores que los de los diodos ordinarios. No se espera que se utilice como portador de corriente principal en el bucle del diseño. Los diodos de bloqueo a menudo se conectan en serie para invalidar los diodos parásitos en el cuerpo, y se usan diodos paralelos adicionales para formar un circuito portador eléctrico. Sin embargo, puede considerarse como portadora en el caso de conducción a corto plazo o algunos requisitos de corriente pequeños, como la rectificación sincrónica.

7. El rápido aumento del potencial de drenaje puede provocar una activación espuria del accionamiento de la compuerta, por lo que se debe considerar esta posibilidad en grandes aplicaciones dVDS/dt (circuitos de conmutación rápida de alta frecuencia).