【正文】 此處假設(shè)下列破壞後特性的破壞元件B，裝入電源電壓VDD :24V，gate輸入電壓Vin:10V，gate驅(qū)動信號源阻抗Rs:22Ω，反覆ON duty D:。如果Ciss變成2500pF低容量時，寄生電感L造成的不良影響會更明顯。 共振條件成立的場合，由於驅(qū)動電壓的因素gatesource之間的電壓，會出現(xiàn)極大的共振電壓，該電壓一旦超越gate耐壓定額時，就會導致gate過電壓破壞等問題，此外drain電壓急峻變化，峰值振動電壓通過gatedrain之間的容量，並與gatesource之間的電壓重疊變成正復歸的話，就有因誤動作引發(fā)波動破壞之虞。?⑤的領(lǐng)域:受限於耐壓 額定的領(lǐng)域。假設(shè)tpw= 10ms，D=(duty20%)，消費電力Pd=60W，可利用下式計算channel溫升ΔTch : Tch = ()Х θchc最近幾年某些廠商提供的技術(shù)資料中，將圖18波形中的Qgd+(QgsQth)當作Wsw記載，這對比較、評鑑switching特性而言，算是提供相當高精度的佐證資料。此處需注意的是RDS(on)的上升，並非直線性而是呈曲線狀。在高頻高等化增幅電路，若是縱型結(jié)構(gòu)的話，由於歸返容量Cgd的影響非常大，所以橫型結(jié)構(gòu)的頻率特性比縱型結(jié)構(gòu)優(yōu)秀。e. 順向傳達admittance| Yfs| | Yfs| 表示負的溫度特性，它相當於雙極電晶體(bipolar transistor)的電流增幅率hfe，它與相互conductance gm屬於相同項目，因此一般都是使用gm符號表示。μAgate與source之遮斷電壓VGS(off)或是Vth1　ID=1mA,VGS=10VV○影響switching時的噪訊、時間 tr,t?順向傳達admittance|YfS|5590　ID=45mA,VGS=10VS○　drain與source之間ON阻抗1RDS(on)1　ID=45mA,VGS=10VmΩ●決定ON損失重要參數(shù)，需注意隨著溫度呈曲線性上升drain與source之間ON阻抗2RDS(on)2　69ID=45mA,VGS=4VmΩ●輸入容量Ciss　9770　VGS=0VDS=10V?=1MHzpF　有Vds依存性，它是類比動作時驅(qū)動損失的指標輸出容量Coss　1340　pF　有Vds依存性，輕負載時影響下降時間 t?逆?zhèn)鬟_容量Crss　470　pF　有Vds依存性，左右switching時間t?,tr總gate charge量Qg　180　VDD=50VVGS=10VID=85V　nC　決定驅(qū)動損失特性，對gate驅(qū)動電壓依存性極大gate與source之charge量Qgs　32　nC　　drain與gate之charge量Qgd　36　nC　決定switching時間tr,t?的特性，對電源電壓VDD有依存性turn ON延遲時間ta(on)　53　VGS=10VID=45VRL=Rg=50Ωns　利用Qgd,Rg與gate驅(qū)動電壓決定，左右inverter用途的turn ON損上升時間tr　320　turn OFF延遲時間ta(off)　700　ns　利用Qgd,Rg與Vth決定，左右switching OFF時的surge電壓(噪訊)下降時間tf　380　二極體順向電壓VDF　1　IF=85A,VGS=0V○利用正偏壓施加於VGS，變成與ON阻抗相同特性二極體逆復原時間trr　70　IF=85A,VGS=0 di/dt=50A/μsns●為降低短路電流與噪訊，需抑制 di/dt表3 Power MOSFET的電氣特性(2SK3418,TA=25oC , ○:表示負溫度係數(shù)，●:表示正溫度係數(shù))　　雖然最大額定drain電流ID，理論上可以利用表2的計算公式加以規(guī)範，不過實際上某些超低ON阻抗產(chǎn)品(數(shù)mΩ等級)，它的最大額定drain電流ID經(jīng)常超過100A，由於ID受限於封裝時的導線固定溶斷電流，這意味著最大額定drain電流為 導線的溶斷電流具有相當?shù)脑６?安全係數(shù))。圖7 Power MOSFET IC的封裝　?複合化/積體化 MOSFET IC圖8是高效率DCDC converter電源用Power MOSFET IC複合化/微積體化實例，Power MOSFET IC應用在非絕緣型DCDC電源時，類似圖8組合High side與Low side的電路，為避免上/下元件同時ON，因此上/下元件設(shè)置OFF時段(dead time)，在該時段若使用Low side內(nèi)建的二極體，會因為該二極體的VF=，與逆復原時間trr的影響，產(chǎn)生High side的turn ON損失，進而變成高頻動作最後導致效率降低等結(jié)果。(六).家電設(shè)備事實上功率MOSFET IC是日常生活不可或缺的必要元件之一，例如日光燈inverter就是由MOSFET IC典型應用實例。(三).馬達驅(qū)動應用以往MOSFET IC的馬達驅(qū)動應用，主要是印表機、影印機、硬碟機等電腦與事務機器領(lǐng)域，最近幾年這些機器基於高速送紙、高速起動、高速停止的市場需求壓力，以及要求提高馬達的控制精度等來自設(shè)計者的需求，因此採用同時具備高速應達(response)，與低損失、低耐壓功率MOSFET IC的case有逐年增加的趨勢。在switching電源中，進展最快速的是DCDC converter與驅(qū)動CPU的VR，尤其是驅(qū)動CPU的VR，除了低電壓化/大電流化之外，今後更要求小型/高速化(高 化)，因此動作頻率(控制IC的PWM頻率)有高頻化的傾向。圖1 Power MOSFET IC的構(gòu)造圖2是MOSFET的結(jié)構(gòu)分類，由圖可知MOSFET結(jié)構(gòu)上可以分成縱型與橫型兩種type；縱型type還分成平板(planer)結(jié)構(gòu)與溝槽(trench)結(jié)構(gòu)兩種。?今後發(fā)展動向橫型構(gòu)造比較適用於低耐壓switching元件，主要應用例如驅(qū)逐CPU core的VR(Voltage Regulator)等等。b. high side device?超低ON阻抗(輸入電壓Vin會改變優(yōu)先度)。(五).Audio應用以往Audio OP增幅器大多採取類比方式，最近受到省電化的影響，Audio設(shè)備也改用數(shù)位化switching技術(shù)。由此可知source電感Ls對高頻特性具有不良影響，同時還會降低電源效率。 有關(guān)遮斷後的復原方式可分為Latch Type與Hysteresis Type兩種，它的動作特徵分別是:?Latch Type:若未將遮斷後sourcegate之間的電壓歸零(reset)，就無法回復正常動作。由於IDSS造成的損失Pd(off)(=VDSХIDS) 比一般ON阻抗的動作損失小，因此使用上可以忽略。雖然| Yfs| 是類比增幅動作上重要參數(shù)之一，不過實際選擇元件時要求switching動作特性的場合，卻經(jīng)常忽略| Yfs| 而用其它特性項目，反而以類似VGSVDS(on) 或是輸出靜特性代用。例子switching與馬達驅(qū)動等應用的場合，基於EMI問題一般會選擇，Vth=3~4V、10V以下的驅(qū)動元件，或是根據(jù)gate驅(qū)動IC、LSI的技術(shù)資料作選擇。圖17是switching特性，圖中實線筐圍部位是利用Coss(Qoss)，與負載阻抗(impedance) RZ兩者的時定數(shù)決定的領(lǐng)域，該資料是用gate的50Ω信號源阻抗 驅(qū)動時的特性值，如果改用Rs極小的阻抗驅(qū)動還可以使速度加快，不過輕負載領(lǐng)域的速度同樣無法控制?！幼魃蟭rr期間由於上arm/下arm短路產(chǎn)生過大turn ON損失，所以控制電路系統(tǒng)切換上下元件switching時，先讓gate信號OFF並設(shè)置dead time(比trr更長的時間)。雖然脈衝寬度低於數(shù)μs的短脈衝，它的誤差非常低幾乎可以忽略的程序，不過一旦超過數(shù)百μs時誤差會隨著變大，因此還是使用過渡熱阻抗特性方式計算Tch比較妥當。C:比熱 重量(J/kg?oC)Х重量(kg) 。溫度特性呈負→正變化的溫度係數(shù)zero cross電流值，隨著元件種類有極大的差異，例如2SK3418( 60V/)的電流值高達90A左右，相較之下2SK2927( 60V/55mΩ)的電流值大約只有9A左右。圖21 並聯(lián)時外置Gate電阻的效益與寄生阻抗的影響圖22 並聯(lián)時外置Gate電阻效益的計算式　圖23是Power MOSFET IC並聯(lián)連接時，寄生電感的計算結(jié)果，根據(jù)計算結(jié)果顯示gate寄生電感(Lg+Lp)越大的話，施加至Power MOSFET的gatesource之間的共振振動電壓Vgs(r)也大，因此VGS(peak)電壓可能超越gate耐壓(VGSS=20V) ，成為破壞Power MOSFET的條件之一。　圖24 並聯(lián)時寄生電感的影響與Gate電阻的效果圖25 降低寄生振動、破壞的對策　靜電破壞與對策所謂靜電破壞是指處理成品或是元件封裝時，人體、測試儀器、封裝設(shè)備，等外部靜電與電路產(chǎn)生的電洞(surge)電壓、過電壓，對Power MOSFET IC造成破壞現(xiàn)象而言。⑷.盡量避免avalcache動作，防止電流集中在低耐壓元件內(nèi)。有關(guān)防止波動的外置式gate電阻RG，圖21(a)方式對驅(qū)動IC的振動電壓非常有效；圖21(b)則是將外置式gate電阻分別插入gate內(nèi)，因此它的防止波動效果比圖21(a)更大。常用對策是在source插入與雙極電晶體相同的小電阻，不過電阻本身的發(fā)熱會形成損失，所以選擇元件時建議讀者使用溫度係數(shù)成為zero cross的低電流值type，而不是低ON阻抗type。P:發(fā)熱量(W)。根據(jù)以上動作可知，施加電力的時間t1= 100μs，反覆周期T=500μs，D=t2/T= Tch2 = Tc + Pd(peak)2 Х θchc(t1) Х (t2/T)圖19 電流從source流向drain時的特性(2SK3418)　圖20 sourcedrain之間逆向回復時間( trrIDS特性，2SK3418)?內(nèi)建二極體的逆復原時間trr的電流IDR特性圖21是內(nèi)建二極體的逆復原時間trr，逆回復時的電流波形。圖16 輸入dynamic特性(2SK3418)　b. switching特性由圖16可知