分立式MOSFET终于获得了应有的模型

与集成电路同行相比，使用分立功率MOSFET的板级设计人员一定会感到非常受骗。这些器件的许多模型充其量是不完整的，对它们在温度和电压下的性能了解有限，有些完全无法捕捉到重要的器件行为。设计人员只能在标称温度（例如25°C）下进行仿真，然后混合使用经验和有根据的猜测，以便他们的设计有足够的余量来应对预期的最坏情况，这种情况并不少见。对于某些性能特征，如电磁兼容性（EMC），在构建电路板并执行测试之前，他们无法深入了解电路的性能。如果这成为一个问题，甚至可能需要昂贵且耗时的调试和重新设计来解决问题。因此，电路板设计人员将很高兴地知道，在Nexperia为其分立式MOSFET开发的一套新的先进电热模型的幌子下，情况即将得到改善。让我们深入研究以找出原因。

标准模型缺点

为了正确预测MOSFET的开关和EMC行为，必须有一个精确的模型，了解其在整个工作温度范围内的静态和动态特性。这些信息使设计人员能够使用SPICE软件包执行精确的电路仿真。许多制造商的标准模型不提供所有这些信息，这意味着分立设计人员有时必须谨慎行事，假设会发生最坏的情况。这通常会导致设计被过度指定用于应用，可能会使它们比必要的更大和更昂贵。

反向恢复二极管行为

在双脉冲测试期间，半桥中上部器件的反向恢复电荷（Qrr）会产生持续时间短的高频瞬态信号（称为反向恢复电流），该信号与PCB上的寄生效应和MOSFET本身相互作用。这会影响电路的EMC性能，因为由此产生的电压和电流过冲。许多制造商提供的仿真模型中通常无法捕获这种行为，因此，第二次接通时引起的振铃幅度可能看起来相当大。例如，图1显示了使用一组标准MOSFET模型的双脉冲仿真结果，该模型显示75%的电压过冲持续近0.5微秒。当随后在实验室中评估实际设备时，实际上通常不会发生这种振铃量。

图 1 使用标准功率 MOSFET 模型进行双脉冲测试

安世半导体先进的电热模型

Nexperia开发了一套新的高级电热模型，用于SPICE和VHDL-AMS，可以更准确地捕获其功率MOSFET器件的行为，包括体二极管的反向恢复。例如，图2显示了之前执行的相同器件仿真（LFPAK7中的BUK1S0R40-40H N沟道1 V，88mΩ MOSFET）的结果，但使用这些高级模型。与使用标准型号的情况相比，振铃明显要少得多，振荡在更短的时间间隔（小于0.2微秒）内稳定下来。

图2 使用先进的电热功率MOSFET模型进行双脉冲测试

这些模型还可用于研究器件在整个工作温度范围内的性能。图3显示了相同MOSFET在-55°C和175°C温度范围内的模拟导通电阻（RDS-ON）。

图3 安世半导体BUK7S1R0-40H功率MOSFET在整个工作温度范围内的RDSON

电路板设计人员的光明未来

标准功率MOSFET仿真模型的局限性通常会导致设计被不必要地过度指定，或者直到产品开发过程的后期才被发现，那时解决这些问题变得困难且成本高昂。Nexperia先进的电热模型更准确地反映了器件在整个工作温度范围内的行为。这是标准模型的一项重大进步，因为它使设计人员能够对SPICE仿真结果更有信心，并在开发过程的早期阶段了解电路的EMC性能。

审核编辑：郭婷