MOSFET参数的理解

科晟korsun对参数有一定了解，不妨我们一起看看，互相探讨，学习与交流。

一、绝对最大额定参数

VDS 表示漏极与源极之间所能施加的最大电压值。

VGS 表示栅极与源极之间所能施加的最大电压值。

ID 表示漏极可承受的持续电流值，如果流过的电流超过该值，会引起击穿的风险。

IDM 表示的是漏源之间可承受的单次脉冲电流强度，如果超过该值，会引起击穿的风险。

EAS 表示单脉冲雪崩击穿能量，如果电压过冲值(通常由于漏电流和杂散电感造成)未超过击穿电压，则器件不会发生雪崩 击穿，因此也就不需要消散雪崩击穿的能力。EAS标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。

PD 表示最大耗散功率，是指MOS性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率，使用时要注意MOS的实际功耗应小于此参数并留有一定余量，此参数一般会随结温的上升而有所减额。（此参数靠不住）

TJ, Tstg ，这两个参数标定了器件工作和存储环境所允许的结温区间，应避免超过这个温度，并留有一定余量，如果确保器件工作在这个温度区间内，将极大地延长其工作寿命。

极限参数

二、额定电流

ID(DC) : 漏极允许通过的最大直流电流值，此值受到导通阻抗、封装和内部连线等的制约TC=25℃ (假定封装紧贴无限大散热板)

ID(Pulse) : 漏极允许通过的最大脉冲电流值，此值还受到脉冲宽度和占空比等的制约。

三、热阻

热阻表示热传导的难易程度，热阻分为沟道-环境之间的热阻、沟道-封装之间的热阻，热阻越小，表示散热性能越好。

热阻是材料抵抗热能流动的能力，由半导体晶片消耗的功率被转换成热量，其被传送到封装，并且最终通道散热片或其他导热材料释放到环境空气中，而消耗功率PD产生热能导致元件温度(ΔT)的增加导致元件温度，(ΔT)可以计算为ΔT= Rth×PD。

Rth是定义ΔT和PD之间关系的常数，该常数称为热阻。

四、静态参数

VGS(th) 表示的是MOS的开启电压(阈值电压)，对于NMOS，当外加栅极控制电压 VGS超过 VGS(th) 时，NMOS就会导通。

IGSS 表示栅极驱动漏电流，越小越好，对系统效率有较小程度的影响。

IDSS 表示漏源漏电流，栅极电压VGS=0、VDS 为一定值时的漏源漏流，一般在微安级。

RDS(ON) 表示MOS的导通电阻，一般来说导通电阻越小越好，其决定MOS的导通损耗，导通电阻越大损耗越大，MOS温升也越高，在大功率电源中，导通损耗会占MOS整个损耗中较大的比例。

gfs 表示正向跨导，反映的是栅极电压对漏源电流控制的能力，gfs过小会导致MOSFET关断速度降低，关断能力减弱，过大会导致关断过快，EMI特性差，同时伴随关断时漏源会产生更大的关断电压尖峰。

V(BR)DSS

这个参数是有条件的，这个最小值60V是在Tj=25℃的值，也就是只有在Tj=25℃时，MOSFET上电压不超过60V才算是工作在安全状态。

V(BR)DSS是正温度系数，如果电源用在寒冷的地方，环境温度低到-40℃甚至更低的话，V(BR)DSS值<56V，这时候60V就已经超过MOSFET耐压了。

所以在MOSFET使用中，我们都会保留一定的VDS的电压裕量，其中一点就是为了考虑到低温时MOSFET V(BR)DSS值变小了，另外一点是为了应对各种恶例条件下开关机的VDS电压尖峰。

五、动态参数

Ciss 表示输入电容，Ciss=Cgs+Cgd，该参数会影响MOS的开关时间，该值越大，同样驱动能力下，开通及关断时间就越慢，开关损耗也就越大。

Coss 表示输出电容，Coss=Cds+Cgd；Crss表示反向传输电容，Crss=Cgd(米勒电容)。

这两项参数对MOSFET关断时间略有影响，其中Cgd会影响到漏极有异常高电压时，传输到MOSFET栅极电压能量的大小，会对雷击测试项目有一定影响。

Qg、Qgs、Qgd、td(on)、tr、td(off）、tf 这些参数都是与时间相互关联的参数。开关速度越快对应的优点是开关损耗越小，效率高，温升低，对应的缺点是EMI特性差，MOSFET关断尖峰过高。

电容特性

输入电容(Ciss)=Cgd+Cgs,为在OFF状态下栅极输入电容量。

输出电容(Coss)=Cds+Cgd,为漏极D-源极S间电容量，即內部二极管在逆偏压时的电容量

反馈电容(Crss)=Cgd此为漏极D-栅极G间的电容量,又称米勒电容，在高频率开关动作时之不良影响大于Ciss及Coss。

影响开关速度的是Coss(=Cgs+Cgd),Cg越大速度越慢,Cds与正常切换电路的开关速度无关。另外，此参数与测试频率与偏压有关，如果在不同频率或偏路的开关速度无关，如果在不同頻率或偏压操作必须作适当修正。

Cgs大小与Gate charge有直接的关系。应该要越小越好，对电路整体的谐振考量与充放电切换时间越佳。

在 LLC拓扑中，减小死区时间可以提高效率，但过小的死区时间会导致无法实现ZVS(零电压开关)。因此选择在VDS在低压时Coss较小的MOSFET可以让LLC更加容易实现ZVS,死区时间也可以适当减小,从而提升效率。

Ciss=Cgd+Cgs, Coss=Cgd+Cds, Crss=Cgd。

Ciss, Coss, Crss的容值都是随着VDS电压改变而改变的。

Qg , Qgs , Qgd特性

栅极电荷可分为三种：

Qg(栅极电荷):使栅极电压从0升到10V所需的栅极电荷，是指MOSFET开关完全打开，Gate极所需要的电荷量。

Qgs 栅极-源极电荷

Qgd 栅极-漏极电荷

MOSFET的Qg可以理解为：当G级电容充至多少电荷时,MOSFET才能有效打开；放电至多少电荷时， MOSFET才会有效关断，所以Qg就存在一个充放电的时间，这个时间会影响到MOS的开关速度。

开关频率大的话,Qg还是小一些好，影响开关的速度。空载时结电容大，开关过程的损耗多。

MOSFET切换动作过程可以说是一种电荷移动现象。由于栅极完全是由绝缘膜覆盖，其输入阻抗几乎是无限大，完全看输入电容量的充放电动作来决定切换动作的状态。

1.在t0-t1时刻,Vgs开始慢慢的上升直到Vgs(th),DS之间电流才开始慢慢上升,同时Cgs开始充电，在此期间Cgd和Cgs相比可以忽略;

2.t1-t2时刻,Cgs一直在充电,在t2时刻，Cgs充电完成,同时Id达到所需要的数值,但是Vds并没有降低;

3.t2-t3时刻，VDS开始下降,Cgs充电完成,而且Vgs始终保持恒定,此时主要对Cgd充电,此段时间内，Cgd的电容值变大，在t3时刻Cgd充电完成,通常这个时间要比t1-t2长很多;

4.在t3-t4时刻,t3时刻Cgd和ICgsE已经充电完成，VGS电压开始上.升直到驱动IC的最高直流电压。所以图中(Qgd+Qgs)是Mos开关完全打开所需要的最小电荷量。

体二极管特性

IS、ISM这些参数如果过小，会有电流击穿风险。

VSD、trr如果过大，在桥式或LCC系统中会导致系统损耗过大，温升过高。

Qrr该参数与充电时间成正比，一般越小越好。

反向恢复时间trr & 反向恢复电荷Qrr：由于内部寄生二极管可视为一种电容器，所以寄生二极管从导通切换到关断状态会储存少量电荷(下图红色区域即为Qrr)，而电荷量完全释放出需耗费一段时间，此时间就是trr。

六、SOA安全工作区

SOA意为“安全工作区”指电源在运行时异常的大电流和电压同时叠加在MOSFET上面，造成瞬时局部发热而导致的破坏模式。或者是芯片与散热器及封装不能及时达到热平衡导致热积累，持续的发热使温度超过氧化层限制而导致的热击穿模式。

SOA各个线的参数限定值可以参考KST3415。

受限于最大额定电流及脉冲电流。

受限于最大节温下的RDSON。

受限于器件最大的耗散功率。

受限于最大单个脉冲电流。

击穿电压BVDSS限制区。

审核编辑：汤梓红