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1、,POWER MOSFET 參數特性簡介 FOR DATA SHEET,簡介-MOSFET,MOSFET INTRODUCTIONDC PARAMETERAC PARAMETERPOWER RELATEDDATA SHEET EXAMPLE,MOSFET INTRODUCTION,POWER MOSFET又稱DMOS(double diffused mos)在發展之前，唯一較高速、適中功率元件只有雙載子功率電晶體(POWER BJT)，此元件為達至一大電流的應用，因此與傳統MOS不同的是其電流流向為垂直方向流動。雖然BJT可達到相當高的電流和耐壓額定，但它相對較高的基極驅動電流卻使周邊的線路設
2、計顯得相當困難，再加上它容易發生二次崩潰，以及負崩潰溫度係數導致很難平行化此元件。基於這種缺點、POWER MOS在70年代發展之後就很的取代了BJT，POWER MOS不但沒有BJT的缺點，且在TURN-OFF也沒有少數載子的存在，使得操作速度可以更快，且具有很大的安全操作範圍，種種優勢使得POWER MOS 成為許多應用上的主要元件。,MOSFET INTRODUCTION,UNIT CELL SEM,TOP-VIEW,WIRE BOND,DC PARAMETER BVDSS(VDS)&LEAKAGE(IDSS)BVGSS(VGS)&LEAKAGE(IGSS)ON-RESISTANCE(R
3、DSON)THRESHOLD VOLTAGE(VGS(TH)FORWARD TRANSCONDUCTANCE(GFS)DIODE FORWARD VOLTAGE(VFSD),MOSFET 參數特性-DC PARAMETER,BVDSS:此為Drain端 Source端所能承受電壓值,主要受制內藏逆向二極體的耐壓,其測試條件為 VGS=0V,ID=250 uA.該特性與溫度成正比.IDSS:即所謂的洩漏電流，通常很小，但是有時為了確保耐壓，在晶片周圍的設計，多少會有洩漏電流成分存在，此最大可能達到標準值10倍以上。該特性與溫度成正比.,DC PARAMETER-BVDSS/IDSS,BVGSS:
4、此為GATE端 Source端的絕緣層所能承受電壓值,主要受制閘極氧化層的耐壓,其測試條件為 VDS=0V,ISGS=800 nA.該特性與溫度無關.IGSS:此為在閘極周圍所介入的氧化膜的洩極電流，此值愈小愈好，標準值約為10nA。當所加入的電壓，超過氧化膜的耐壓能力時，往往會使元件遭受破壞。,DC PARAMETER-BVGSS/IGSS,DC PARAMETER-RDSON,RDSON:導通電阻值(ON-RESISTANCE)低壓POWER MOSFET最受矚目之參數RDS(on)=RSOURCE+RCHANNEL+RACCUMULATION+RJFET+R DRIFT(EPI)+RSU
5、BSTRATE低壓POWER MOSFET 導通電阻是由不同區域的電阻所組成，大部分存在於RCHANNEL，RJFET及REPI，在高壓MOS則集中於REPI。為了降低導通電阻值，Mosfet晶片技術上朝高集積度邁進，在製程演進上，TRENCH DMOS以其較高的集積密度，逐漸取代PLANAR DMOS成為MOSFET製程技術主流。該特性與溫度成正比.,VTH:使 POWER MOS 開始導通的輸入電壓稱 THRESHOLD VOLTAGE。由於電壓在VGS(TH)以下，POWER MOS 處於截止狀態，因此，VGS(TH)也可以看成耐雜訊能力的一項參數。VGS(TH)愈高，代表耐雜訊能力愈強
6、，但是，如此要使元件完全導通，所需要的電壓也會增大，必須做適當的調整，一般約為 24V，與 BJT導通電壓 VBE=0.6V比較，其耐雜訊能力相當良好。該特性與溫度成反比.,DC PARAMETER-VTH,DC PARAMETER-GFS/VDS,GFS:代表輸入與輸出的關係即GATE 電壓變化,DRAIN電流變化值,單位為S.當汲極電流愈大,GFS也會增大.在切換動作的電路中,GFS值愈高愈好.VFSD:此為二極體為順方向電流流通時的電壓降.,AC PARAMETER DYNAMIC CHARACTERISTICS CISS,COSS,CRSS GATE CHARGE QG/QGS/QGD
7、 TURN-ON/OFF DELAY TIME TD(ON)/TD(OFF)RISE/FALL TIME TR/TF,MOSFET 參數特性-AC PARAMETER,AC PARAMETER-CISS,COSS,CRSS,CISS:此為POWER MOS在截止狀態下的閘極輸入容量，為閘-源極 間容量CGS與閘-汲極間容量CGD之和。特別是CGD為空乏層 容量。其導通時的最大值，即是VDS=0V時。COSS:此為汲極-源極間的電容量，也可以說是內藏二極體在逆向偏壓時的容量。,CISS=CGS+CGDCOSS=CDS+CGS/CGDCRSS=CGD,CRSS:此為汲極-閘極間的電容量，此對於高頻
8、切換動作最有 不良影響。為了提高元件高頻特性，CGD要愈低愈好。,AC PARAMETER-(TD(ON/OFF)&T(RISE/FALL),導通時間 TON:此為導通延遲時間TD(ON)與上升時間TR的和。由閘極電壓上昇至10%到VDS由於ON而下降至90%之值為止的時間，稱之為TD(ON)，而進一步至VDS成為10%之值為止的時間稱之為TR。此一導通時間與閘極電壓以及信號源的阻抗有很大的關係，大致上成為TON RG/VGS的關係。,截流時間 TOFF:此為截流時間TD(OFF)與下降時間TF之和。由閘極電壓下降至90%開始，至VDS成為OFF而上昇至10%之值為止的時間。稱之為TD(OFF
9、)，更進一步至VDS上昇至90%為止的時間，稱之為TF。此一截流時間TOFF也與導通時間一樣與信號源阻抗及閘極電壓有很大關係。大致上可以用TOFF RG/VGS表示。,AC PARAMETER-QG,QGS,QGD,POWER MOS 的切換動作過程可以說是一種電荷移送現象。由於閘極完全是由絕緣膜覆蓋，其輸入阻抗幾乎是無限大，完全看輸入電容量的充電/放電動作來決定切換動作的狀態。POWER MOS 在導通前可以分-啟閘值電壓之前/開始導通/完全導通三種狀態:,啟閘值電壓:在電壓達到啟閘值電壓之前，輸入電容量幾乎是與閘極電容量CGS相等。在閘極正下方的汲極領域的空乏區會擴展，閘極-汲極間的電容量
10、與電極間距離有關。在導通的初期狀態，由於有Miller效應，輸入電容量的變化很 複雜。當汲極電流愈增加時，Av也會增加，Miller效應會愈明顯。隨著汲極電流的增大，負載電阻的壓降也會增大，使加在POWER MOS 的電壓下降。,Vgs Gate to Source Voltage(V),AC PARAMETER-QG,QGS,QGD,開始導通:當所加的電壓VDS有變化時，空乏層的厚度d也會發生變化。,完全導通:在完全導通時，輸入電容量可以視為CGD與CGS之和。,MOSFET 參數特性 POWER RELATED,POWER RELATED POWER DISSAPATION CURRENT
11、 RATING MAXIMUM CURRENT REATIHG AVALANCHE,POWER RELATED-POWER DISSAPATION,PD:為元件上所能承受電功率.其運算式為:PD(max)=(TJ TC)/RJCPD(max)=(150-25)/2.1/W=60 WTJ=元件接合溫度.TC=外殼溫度.RJC=晶片至外殼的熱電阻,ID:為元件所能提供最大連續電流.ID 運算式:ID=PD/RDSON(MAX)ID=60W/5*2.5=2A*PD=TJ=150*RDSON(MAX)=R(T)*RDSON(MAX),POWER RELATED-CURRENT RATING,IDM:為
12、元件所能承受瞬間最大電流.IDM運算法:關於IDM值,該值乃是根據 RDSON 溫度曲線圖和熱阻曲線 計算得知.1.由SINGLE PULSE 300uS代入 FIGURE 得知 R(T)約等於 0.15.2.R JC(T)=R JC*R(T)=2.1/W*0.15=0.315/W 3.PDM=(TJ-TC)/R JC(T)=(150-25)/0.315/W=396/W.4.IDM=PDM/RDSON(max)=(396/W/10.5)=6 A.,MAXIMUM CURRENT RATING,EAS AVALANCHE ENERGY 計算公式如下:EAS=1/2*L*I*IV(BR)DSS/(V(BR)DSS-VDD)=1/2*60 mH*2 A*2A*600/(600-50)=120 mJEAS=雪崩能量L=電感值I=電感峰值電流BVDSS=雪崩擊穿電壓VDD=電源電壓.,MOSFET 參數特性 POWER DISSAPATION,MOSFET DATA SHEET-CEP(B)02N6,MOSFET DATA SHEET-CEP(B)02N6,MOSFET DATA SHEET-CEP(B)02N6,THANK YOU!,
