Vishay 采用三種方式確定MOSFET 的連續(xù)漏極電流(ID)額定值。這些值記錄在數(shù)據(jù)表第一頁(yè)的“絕對(duì)最大額定值”表中,作為設(shè)計(jì)人員的參考以確定該器件的應(yīng)用是否正確。該值的計(jì)算可以采用通用的方法。不過(guò),由于每個(gè)PCB 版圖和設(shè)計(jì)都不同,每個(gè)MOSFET 的結(jié)構(gòu)也不同,因此,沒(méi)有通用的流程可用來(lái)計(jì)算每個(gè)應(yīng)用的最大允許電流。Vishay 提供的數(shù)值都是在既定條件下得出的,設(shè)計(jì)人員可根據(jù)這些值對(duì)特定應(yīng)用中的MOSFET 的性能進(jìn)行建模。請(qǐng)注意,下述方法是用來(lái)計(jì)算最大允許連續(xù)直流電流。該值不能應(yīng)用于采用脈沖電流(具有高峰值電流)的直流- 直流轉(zhuǎn)換器。對(duì)于這類應(yīng)用,必須計(jì)算出均方根電流(IRMS),然后與數(shù)據(jù)表(IRMS << ID MAX)中的ID 額定值進(jìn)行比較。IRMS 的計(jì)算公式在大多數(shù)的功率電子文章中都可找到。此外,必須將導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)的高瞬時(shí)尖峰電流與SOA 曲線進(jìn)行比較,確定這種尖峰電流是否會(huì)損壞MOSFET。
確定ID 額定值的公式法
確定 ID 的第一種方式是采用下述標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)算法。在該公式中,TJMAX 是數(shù)據(jù)表中規(guī)定的最大結(jié)溫(150 ℃或175 ℃),而TA 是保持MOSFET 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)允許的最大環(huán)境溫度。rDS(on) 是在特定的溫度和驅(qū)動(dòng)電壓(如4.5 V 或10 V)條件下的最大導(dǎo)通電阻的額定值,RthJA 是數(shù)據(jù)表中規(guī)定的 MOSFET的穩(wěn)態(tài)情況下結(jié)到外部的熱阻。
下例以Si7884DP 為基礎(chǔ),其采用PowerPAK® SO-8 封裝的40V MOSFET。
從“絕對(duì)最大額定值”表,我們獲得以下值:
ID = SQR ROOT OF (150-25)/(0.007x1.8)x65 = 12 A
“絕對(duì)最大額定值”表規(guī)定在TA 為25 ℃條件下, ID 穩(wěn)態(tài)值為12A。該公式還可用RthJC 代替分母RthJA。數(shù)據(jù)表提供的RthJC 值是最佳熱阻值,而RthJA 值通常更能代表實(shí)際電路板版圖情況。因此,設(shè)計(jì)者可計(jì)算出一個(gè)范圍,確定器件工作的界限。Vishay 通常提供RthJA 值,以FR4 電路板(用2 oz或更多的銅為焊盤)上的1 英寸X1 英寸的PCB 面積為基礎(chǔ),確定最差條件值。由于在當(dāng)今大多數(shù)的電路板設(shè)計(jì)中, PCB版圖甚至?xí)捎酶〉囊?guī)則,計(jì)算出每個(gè)可能設(shè)計(jì)的值是不切實(shí)際的,因此, Vishay 采用標(biāo)準(zhǔn)的1 英寸X1 英寸條件來(lái)計(jì)算RthJA 額定值。該公式也可寫(xiě)成TJ = TA + ID² x rDS(on) x RthJA, 得出的結(jié)果相同;不過(guò),這種方法便于更加輕松地了解工作時(shí)的動(dòng)態(tài)變化情況。
ID² x rDS(on) 可計(jì)算出功耗(W)。RthJA 的單位是 ℃ /W。功率與熱阻乘積的單位為℃,因?yàn)橥咛兀╓)被抵消了。將該值加到單位同樣為℃的TA 上,會(huì)使結(jié)溫(TJ)升高。只要該值低于最大額定值(例如150 ℃),所設(shè)計(jì)器件的結(jié)溫就會(huì)位于MOSFET 安全工作范圍之內(nèi)。通常情況下,設(shè)計(jì)工程師會(huì)采用小于最大結(jié)溫的值,例如相當(dāng)于最大結(jié)溫的80 %,以便設(shè)計(jì)器件的結(jié)溫不會(huì)接近最大值。這是一種很好的做法,Vishay 建議采用這種方式。
確定ID 額定值的封裝限制法
確定MOSFET ID額定值的第二種方法是確定封裝可耐多大的電流。這是在“絕對(duì)最大額定值”表中輸入額定值之前采取的下一步。使用標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)算法得出電流值后,工程師將確定封裝是否能夠經(jīng)受這么高的電流。對(duì)導(dǎo)通電阻rDS(on) 額定值較高的MOSFET 而言,通常采用公式計(jì)算法就足夠。不過(guò),對(duì)于通態(tài)電阻rDS(on) 額定值超低的MOSFET 而言,算出的值通常會(huì)高于MOSFET 封裝的電流處理能力。MOSFET 封裝最薄弱的部分是將硅晶片與引線框鍵合在一起的引線。根據(jù)引線的材料和引線的數(shù)量,可確定引線承載電流的值。如果電流超過(guò)該值,引線就會(huì)熔化,導(dǎo)致整個(gè)器件
出現(xiàn)毀滅性的損壞。為強(qiáng)化封裝的這部分,利用引線夾代替引線。引線夾通常具備更強(qiáng)的電流承載能力,因?yàn)槠浣饘儆昧扛。不過(guò),可根據(jù)硅晶片的尺寸選用不同的引線夾,這意味著電流處理能力也會(huì)發(fā)生變化。除依據(jù)數(shù)據(jù)表中的最大ID 額定值,沒(méi)有其他參考值。如果額定值低于設(shè)計(jì)人員計(jì)算出的值,封裝處理能力應(yīng)計(jì)入額定值。
確定MOSFET 的最大ID 額定值的第三種方法是通過(guò)給器件施加大電流直至擊穿,使器件損壞來(lái)獲得。這種方法通常用于確定脈沖漏極電流值(IDM),但也可用于確定連續(xù)電流額定值。
如果采用這種方法,MOSFET 將達(dá)到飽和狀態(tài),不會(huì)再有更多的電流通過(guò)該器件。在典型尺寸樣品器件上測(cè)量該值后,該額定值將作為數(shù)據(jù)表中的額定值(帶有安全裕度) 。該安全裕度可達(dá)到50%。
有三種方法可用于確定Vishay MOSFET 產(chǎn)品的ID 額定值:公式、封裝限制和實(shí)際測(cè)量。數(shù)據(jù)表提供的數(shù)值是基于這三種方法得出的極限值。不同應(yīng)用的條件可能不盡相同,但可成為設(shè)計(jì)人員了解器件限制條件的出發(fā)點(diǎn)。遵守相關(guān)限制要求,將有助于設(shè)計(jì)師確保MOSFET 以魯棒而可靠的工作狀態(tài)在工作范圍內(nèi)良好的運(yùn)行。