MOSFET特性参数EAS的解析
深入理解功率MOSFET数据表中的各个参数 2 - OFweek电子工程网
深入理解功率MOSFET数据表中的各个参数 2 - OFweek电子工程网深入理解功率mosfet数据表中的各个参数2-ofweek电子工程网深入理解功率mosfet数据表中的各个参数(2)-ofweek电子工程网深入细致认知功率mosfet数据表中的各个参数(2)2021-03-2515:59:47文章来源：ofweek电子工程网我来说两句(0)编者按:本文不准备工作译成一篇了解功率mosfet的技术大辞典，只是使读者回去介绍如何恰当的认知功率mosfet数据表中的常用主要参数，以协助设计者更好的采用功率mosfet展开设计。
功率mosfet 数据表参数如果须要更好的认知功率mosfet，则须要介绍更多的一些参数，这些参数对于设计都就是十分必要和有价值的。
这些参数就是id、rthjc、soa、transfercurve、和eas。
id：定义了在室温下漏级可以长期工作的电流。
需要注意的是，这个id电流的是在vgs在给定电压下，tc=25℃下的id电流值。
id的大小可以由以下的公式排序：以ipd90n06s4-04为例，计算出的结果等于169a。
为何在数据表上只标注90a呢？这是因为最大的电流受限于封装脚位与焊线直径，在数据表的注释1）中可以看到详细的解释。
如下表所示：此外，数据表中还得出了id和结温之间的曲线关系。
从下表可以窥见，当环境温度增高时，id可以随着温度而变化。
在最糟的情况下，须要考量在最小环境温度下的id的电流仍然满足用户电路设计的正常电流的建议。
rthjc：温阻是对设计者需要非常关注的设计参数，特别是当需要计算功率mosfet在单脉冲和不同占空比时的功率损耗时，就需要查看这个数据表来进行设计估算。
笔者将在如何用数据表来进行设计估算中来具体解释。
soa：功率mosfet的负载能力较低，为了确保器件安全工作，具备较低的稳定性和较长的寿命，对器件忍受的电流、电压、和功率存有一定的管制。
HVDMOS_EAS机理
HVMOSFET 的EAS 机理EAS—Energy during avalanche for single pulse,即单脉冲雪崩击穿能量，是高压VDMOS 的一个重要性能指标，其反映的是器件由工作状态到关断时，器件能承受的最大能量消耗。
EAS=1/2×V BS ×I AS ×t A V 。
一．EAS 产生的原因如图1(a)是一N 沟道VDMOS 的元胞剖面图,1(b)是对应的等效电路图。
D图1 高压VDMOS a.剖面图 b.等效电路图当器件的G 端所加电压V G 大于等于阈值电压V TH 时，器件导通，这是电流从漏端经过导电沟道流向源端（图1（a ）），此时元胞中的寄生NPN 晶体管处于截止状态。
此时，如果V G 突然从高电位变为低电位，MOS 管的导电沟道反型层消失，沟道处电流消失。
此时，如果MOS 管的外接的是感性负载，电流不能马上突变为零，而此时MOS 沟道已经截止，电流便会给P-body 和外延N-区之间的PN 结充电。
如果这个充电电路足够大，就会在P-body 区形成压降，导致集成NPN 晶体管基极电位升高而达到其导通条件，一旦此寄生NPN 晶体管导通，大电流便会从N-区经过P-body 流向N+，这样往往就会因为局部功耗过大发热把器件烧坏。
显然，这种寄生二极管的二次导通并不是我们所想看到的，因为寄生二极管的导通会降低器件在关断时刻承受大电流的能力，从能量角度讲，就是降低了器件所能承受的单脉冲能量，即EAS 能力。
二. 提高器件的EAS 能力为了提高器件的EAS 能力，就必须在设计上和工艺上同时考虑。
其中一种方法就是降低寄生三极管的基极电阻R 。
1. 在P-Body 区增加一次P+注入。
如图2所示，在原先P-body（浓度较低）的基础上，增加一次高浓度的P+注入（浓度约为2E15）。
注入一层高浓度的P+层的目的就是为了减小P区里面的电阻，从而使寄生三极管不易导通。
MOSFET参数理解及其主要特性
1 极限参数：ID ：最大漏源电流。
是指场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流。
场效应管的工作电流不应超过ID 。
此参数会随结温度的上升而有所减额。
IDM ：最大脉冲漏源电流。
此参数会随结温度的上升而有所减额。
PD ：最大耗散功率。
是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。
使用时，场效应管实际功耗应小于PDSM 并留有一定余量。
此参数一般会随结温度的上升而有所减额。
VGS ：最大栅源电压。
Tj ：最大工作结温。
通常为150 ℃ 或175 ℃ ，器件设计的工作条件下须确应避免超过这个温度，并留有一定裕量。
TSTG ：存储温度范围。
2 静态参数V(BR)DSS：漏源击穿电压。
是指栅源电压V GS为0 时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。
这是一项极限参数，加在场效应管上的工作电压必须小于V(BR)DSS 。
它具有正温度特性。
故应以此参数在低温条件下的值作为安全考虑。
℃ V(BR)DSS/ ℃ Tj ：漏源击穿电压的温度系数，一般为0.1V/ ℃。
RDS(on) ：在特定的V GS（一般为10V ）、结温及漏极电流的条件下，MOSFET 导通时源间的最大漏阻抗。
它是一个非常重要的参数，决定了MOSFET 导通时的消耗功率。
此参数一般会随结温度的上升而有所增大。
故应以此参数在最高工作结温条件下的值作为损耗及压降计算。
VGS(th) ：开启电压（阀值电压）。
当外加栅极控制电压VGS 超过VGS(th) 时，漏区和源区的表面反型层形成了连接的沟道。
应用中，常将漏极短接条件下ID 等于1 毫安时的栅极电压称为开启电压。
此参数一般会随结温度的上升而有所降低。
IDSS ：饱和漏源电流，栅极电压VGS=0 、VDS 为一定值时的漏源电流。
一般在微安级。
IGSS ：栅源驱动电流或反向电流。
由于MOSFET 输入阻抗很大，IGSS 一般在纳安级。
3 动态参数gfs ：跨导。
是指漏极输出电流的变化量与栅源电压变化量之比，是栅源电压对漏极电流控制能力大小的量度。
MOSFET特性参数的理解
MOSFET特性参数的理解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的电子元件，被广泛应用于集成电路和电源管理等领域。
了解MOSFET的特性参数对于正确选择和应用MOSFET至关重要。
下面将对MOSFET的几个重要特性参数进行详细介绍。
1. 导通电阻（Rds(on)）：导通电阻是指MOSFET导通状态下两个端子之间的电阻。
该参数影响MOSFET的导通效率和功耗。
导通电阻越小，表示MOSFET导通时的功耗越小，效率越高。
通常在选购MOSFET时，需要选择较小的导通电阻以满足系统的功率需求。
2.频率响应：频率响应是指MOSFET在不同频率下的电性能力。
MOSFET具有非常好的高频特性，能够以高速开关和工作。
频率响应的重要参数包括开关频率和输入电容。
开关频率定义了MOSFET的响应速度，而输入电容则决定了MOSFET的开关速度和功耗。
因此，在高频应用中选用具有低输入电容和较高开关频率的MOSFET综合综合考虑。
3.开关特性：开关特性指MOSFET在开关状态下的性能表现，包括开启时间（Turn-on Time）、截止时间（Turn-off Time）、过渡时间（Transition Time）等。
开启时间是指从控制信号施加到MOSFET开始导通的时间，而截止时间是指从控制信号停止到MOSFET完全截止导通的时间。
过渡时间是指从开启到截止过程中信号状态的变化时间。
开关特性直接关系到MOSFET的开关速度和功耗，因此，在高频开关应用中需要选用具有较短开启和截止时间的MOSFET。
4. 阈值电压（Vth）：阈值电压是指MOSFET在控制信号达到一定电压时开始导通的电压。
阈值电压的大小将影响MOSFET的导通特性和驱动电路的控制门电压。
通常，应选择合适的阈值电压以兼顾稳定性和功耗需求。
5.最大耗散功率（Pd）：最大耗散功率是指MOSFET能够承受的最大功耗。
超过该功耗可能导致MOSFET的过热和损坏。
MOSFET雪崩特性及电源案例解析
506
69
VDD=90V, Tc=25Deg, L=7.4mH, RG=25Ω, IAR=11A
VDD=90V, Tc=25Deg, L=0.84mH, RG=25Ω, IAR=12A
TK12A60W 3
180
VDD=90V, Tc=25Deg, L=34.9mH, RG=25Ω, IAR=3.0A
不同类型MOSFET雪崩参数比较
AOT11S60
雪崩电流 IAR
2
多次雪崩能
60
量EAR mJ
单次雪崩能
120
量EAS mJ
单次雪崩测 试条件
VDD=150V, Tc=25Deg, L=60mH, RG=25Ω,
IAR=2A
FCP11N60N
3.7 0.94
201.7
Tc=25Deg, L=29.5mH, RG=25Ω, IAR=3.7A
单次雪崩
重复雪崩
2
MOSFET雪崩能力
雪崩能力
雪崩电流 IAS，IAR
寄生BJT导通，MOSFET 趋 于开通。
雪崩能量 EAS，EAR
MOSFET局部元胞过热损 坏。
MOSFET DIE雪崩损坏
• Source CT bottom burn out
抗雪崩能力测试电路
TJM–TC = PDM*ZθJC (t)
Surge Case 2
Vac=230V，浪涌电压=600V
LSD07N65-1运行波形 通道1: MOS 漏源电压(黄色, 200V/div); 通道2: 电源母线电压(绿色, 200V/div); 通道3:: MOS 漏源电流(黄色, 5A/div); 时间: 10μs/div Idmax=8.3A
MOSFET的UIS及雪崩能量解析
MOSFET的UIS及雪崩能量解析在功率的数据表中，通常包括单脉冲雪崩能量EAS，雪崩电流IAR，重复脉冲雪崩能量EAR等参数，而许多电子工程师在设计电源系统的过程中，很少考虑到这些参数与电源系统的应用有什么样的联系，如何在实际的应用中评定这些参数对其的影响，以及在哪些应用条件下需要考虑这些参数。
本文将论述这些问题，同时探讨功率MOSFET在非钳位感性开关条件下的工作状态。
EAS，IAR和EAR的定义及测量MOSFET的雪崩能量与器件的热性能和工作状态相关，其最终的表现就是温度的上升，而温度上升与功率水平和硅片封装的热性能相关。
功率半导体对快速功率脉冲（时间为100～200μs）的热响应可以由式1说明：(1)其中，A是硅片面积，K常数与硅片的热性能相关。
由式(1)得：(2)其中，tav是脉冲时间。
当长时间在低电流下测量雪崩能量时，消耗的功率将使器件的温度升高，器件的失效电流由其达到的峰值温度所决定。
如果器件足够牢靠，温度不超过最高的允许结温，就可以维持测量。
在此过程内，结温通常从25℃增加到TJMAX，外部环境温度恒定为25℃，电流通常设定在ID的60%。
雪崩电压VAV大约为1.3倍器件额定电压。
雪崩能量通常在非钳位感性开关UIS条件下测量。
其中，有两个值EAS和EAR，EAS为单脉冲雪崩能量，定义了单次雪崩状态下器件能够消耗的最大能量；EAR 为重复脉冲雪崩能量。
雪崩能量依赖于电感值和起始的电流值。
图1为VDD去耦的EAS测量电路及波形。
其中，驱动MOSFET为Q1，待测量的MOSFET 为DUT，L为电感，D为续流管。
待测量的MOSFET和驱动MOSFET同时导通，电源电压VDD加在电感上，电感激磁，其电流线性上升，经导通时间tp后，电感电流达到最大值；然后待测量的MOSFET和驱动MOSFET同时关断，由于电感的电流不能突变，在切换的瞬间，要维持原来的大小和方向，因此续流二极管D导通。
图1 VDD去耦的EAS测量图由于MOSFET的DS之间有寄生电容，因此，在D导通续流时，电感L和CDS形成谐振回路，L的电流降低使CDS上的电压上升，直到电感的电流为0，D自然关断，L中储存的能量应该全部转换到CDS中。
mos管 ias参数
mos管 ias参数
Mos管的IAS参数包括以下几个主要部分：
1. VDS：漏-源极电压，是指Mosfet的漏-源极的绝对最大值电压，在管子工作时，这两端的电压应力不能超过最大值。
在Mosfet选型时，VDS电压都要降额80%选用。
2. VGS：栅极电压，它是用来控制开关和放大倍数的。
3. ID：漏极电流，指电子设备中通过的电流大小。
4. IDM：最大漏极电流，是衡量Mos管性能的一个重要参数。
5. IAS：饱和漏极电流，是衡量Mos管性能的一个重要参数。
6. EAS：开启电压或阈值电压。
7. PD：功率耗散，指Mos管在一定条件下消耗的功率。
8. TJ：结温，是指Mos管内部晶体的温度。
9. TSTG：贮存温度，是指Mos管贮存时的温度范围。
以上是Mos管IAS参数的主要内容，如需了解更多信息，建议咨询电子工程专家或查阅电子工程相关书籍。
MOSFET_MOS管特性参数的理解
S
阈值电压的温度特性
MOSFET具有负的温度特性，而且变化率比双极型晶体管大。 如 : 双极型晶体管约为－2.2mV／℃，MOSFET约为－5mV ／℃
VDS=10V ID=1mA
在使用温度范围内栅 极的噪音必须控制在 阈值以下，如果超过 阈值电压，则误动作 就会发生.
2.3 正向传到系数 yfs
单发雪崩能量EAS : 一次性雪崩期间所能承受的能量， 以Tch ≦ 150℃为极限
连续雪崩能量EAR : 所能承受的反复出现的雪崩能量， 以Tch ≦ 150℃为极限
抗雪崩能力测试电路
BVDSS
DUT
IAS
RG=25
L
ID
VDD
VDS
RG
50
VDD
VGS=20→0V
Single
Starting Tch
环境温度
沟道／环境之间的温度差
例 ：计算2SK3740在以下条件下的沟道温度Tch
条件：有散热板，且封装背面温度Tc=50 ℃， 现在功耗 Pt = 2W
(额定功耗PT(Tc=25 ℃) =100W)
计算如下
Tch =
Tc ＋ Rth(ch-c) Pｔ
50 （℃）
Rth(ch-c)=
Tch = 52.5 （℃）
th(ch-A) = PT (TA=25-deg C)
150 25
=
1.5
= 83.3 （℃/W）
沟道温度Tch的计算
利用热阻抗计算沟道温度
有散热板的条件下 Tch = Tc + Rth(ch-c) x Pt
沟道／封装之间的温度差 封装背面中央部或漏极的根部温度
直立安装无散热板的条件下 Tch = T + Rth(ch- ) x Pt
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MOSFET特性参数E AS的解析
一、E AS与E AR的定义
E AS单脉冲雪崩击穿能量, E AS标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。
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。
雪崩击穿能量标定了器件可以容忍的瞬时过冲电压的安全值，其依赖于雪崩击穿需要消散的能量。
E AR重复雪崩能量,标定了器件所能承受的反复雪崩击穿能量。
二、如何通过测试波形判断是否发生雪崩
上图（a）开关电源中的雪崩工作波形。
在MOSFET截止时约有300V的冲击电压加在漏极和源极之间，并出现振铃。
上图（b）对时间轴进行了放大，由图可以清楚的看出由于栅极电压下降，管子截止，I D减小的同时V DS升高并在295V处V DS电压波形出现平顶（钳位）。
这种电压被钳位的现象即是雪崩状态，
所以当功率MOSFET发生雪崩时，漏源极电压幅值会被钳位至有效击穿电压的水平。
图1所示为开关电源中典型的雪崩波形。
源漏电压（CH3）被钳制在1kV，并能看到经整流的电流（CH4）。
图1器件击穿，800V额定值MOSFET
图2 反激变换器中典型的雪崩情况
三、如何计算雪崩能量
四、在什么的应用条件下要考虑雪崩能量
对于那些在MOSFET的D和S极产生较大电压的尖峰应用，就要考虑器件的雪崩能量，电压的尖峰所集中的能量主要由电感和电流所决定，因此对于反激的应用，MOSFET关断时会产生较大的电压尖峰。
通常的情况下，功率器件都会降额，从而留有足够的电压余量。
但是，一些电源在输出短路时，初级中会产生较大的电流，加上初级电感，器件就会有雪崩损坏的可能，因此在这样的应用条件下，就要考虑器件的雪崩能量。
另外，由于一些电机的负载是感性负载，而启动和堵转过程中会产生极大的冲击电流，因此也要
考虑器件的雪崩能量。
五、雪崩击穿（EAS/EAR）的保护
如上图所示，可在变压器（感性负载）两端并接RCD吸收回路，以降低反向尖峰电压，避免出现雪崩击穿现象；串联栅极电阻，并设置为合适值，以抑制dv/dt，增加关断时间，从而抑制反向尖峰电压，但是这又会增加关断损耗，所以栅极电阻要设置在一个合适值；也可在MOSFET的DS间并接RC吸收回路以吸收反向尖峰电压；大电流电路布线加粗、缩短距离，降低寄生电感。