【文章內容簡介】 urce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，●:表示正溫度係數)　　a. drain與source之間的破壞電壓V(BR)DSS本項目為保證VDSS特性，因此以VGS=0測試電流ID進行測試。雖然規(guī)範ID的方法可分為對drain與source之間施加電壓，與導通電流進行breakdown兩種，不過通常都是採用規(guī)定V(BR)DSS方式。b. gate與source之間的破壞電壓V(BR)DSS本項目是規(guī)範插於gate與source之間，可防止靜電破壞保護用二極體元件特性，換句話說無保護用二極體元件的場合，不可以使用curve tracer進行檢測。此外已經breakdown的點就成為破壞電壓，亦即gate損壞品。值得一提的是本項目對電路具有關鍵性影響，因此使用上若有任何疏失都會造成嚴重的後果，所以事前的檢討作業(yè)非常重要。c. drain遮斷電流(漏電電流) IDSS它是指drain與source之間的直流漏電電流。有關本項目的測試條件，除了規(guī)定VDS之外還要求VGS=0 ，IDSS會隨著溫升非常敏感的增加，則是本項目的另一特徵。圖11是HAT2165H的IDSS Tch溫度依存特性，由圖可知假設將Tch =25oC(20nA)當基準，100oC時，IDSS大約增加二位數()；Tch =150oCmax時則增加三位數 。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。假設Tch =150oC，IDSS=100μAmax，電源電壓VDD=24V，它的損失Pd(off) = ，高溫使用環(huán)境若有冷卻風扇強制散熱的話，一般而言還不會構成問題。類似汽車電機等高溫使用環(huán)境，通常廠商會提供該元件高溫時的IDSS規(guī)格值；此外IDSS會隨著測試電壓VDS與VGS的偏壓(bias)條件不斷改變，因此使用上必需特別謹慎?！D11 drainsource之間漏電電流IDSS 與channel溫度Tch的溫度依存性(HAT2165H/LFPAK, VDSS=30V，RDS(on) =)　d. gatesource之間的遮斷電壓Vth它是指功率MOSFET開始傳導時的gate峰值電壓，一般又稱為VGS(off)。圖12是VGS(off) Tch 溫度特性，如圖所示Vth具有負的溫度特性，它的溫度係數大約是 5m~ 7mV/oC，不過該值與實際元件略有差異。圖12 gatesource遮斷電壓Vth與channel溫度Tch的溫度特性(HAT2165/LFPAK,VDSS=30V，RDS(on) =)　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。技術資料記載的| Yfs| 以是| Yfs| = ΔId/ΔVgs方式加以規(guī)範，也就是說| Yfs| 是指相對於輸入gate電壓Vgs的變化，它是drain電流Id的變化率。有關測試條件是在所謂的輸出靜特性五極管特性，(VDSVGS Vth)範圍內規(guī)範電流ID，該領域的drain電流ID可用式(1)表示:ID=1/2 βoW/L(VGS Vth)2(1)gm可用下式表示:gm = ΔId/ΔVgs= βoW/L(VGS Vth)(2)βo= μεox/Tox。μ:silicon表面的電子移動度。Tox:gate氧化膜。εox:silicon(SiO2)的誘電率。L:channel的長度。W:channel的寬度。雖然| Yfs| 是類比增幅動作上重要參數之一，不過實際選擇元件時要求switching動作特性的場合，卻經常忽略| 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。，輸出容量Coss ，逆?zhèn)鬟_容量Crss 輸入容量Ciss、輸出容量Coss、逆?zhèn)鬟_容量Crss，與圖10的功率MOSFET IC的等價電路，以及關鍵性參數中的公式有密切的關連性，這些特性則同時還與技術資料中，經常出現的drainsource電壓VD有依存性(互動關係)，由此可知它是決定高頻特性非常重要的參數。功率MOSFET IC的接地遮斷頻率fc(電壓等化降低3dB的頻率)，可用下式求得近似值:Ao:低頻領域的電壓等化。Rg:gate的串聯阻抗。　真性功率MOSFET IC遮斷頻率是用相互conductance gm，與輸入容量Ciss兩者的比定義，這對一般MOSFET而言等於是數GHz程度，不過元件卻受到gate的寄生阻抗與輸入容量的限制，因此實際不可能出現上述現象。雖然橫型結構的Cgd比Cgs小到幾乎可以完全忽略的程度，不過縱型結構的Cgd卻非常大，因此成為低頻領域的電壓等化 的關數。在高頻高等化增幅電路，若是縱型結構的話，由於歸返容量Cgd的影響非常大，所以橫型結構的頻率特性比縱型結構優(yōu)秀。MOSFET IC的靜特性(VDS ID)500V高耐壓MOSFET與相同電壓驅動元件IGBT比較時，雖然前者在低電流領域有所謂的低損失特性，不過超過 大電流領域，由於ON阻抗的影響ON電壓會變大，也就是說大電流領域50kHz以下，低頻動作的應用設備使用IGBT反而比較有利。 (on) 耐壓VDSS的關係圖13是耐壓VDSS=20~100V額定元件與ON阻抗RDS(on) 的關係。決定元件的耐壓程度時，通常會針對電路的動作條件，亦即電源電壓VDD與switching OFF時產生的surge VDS(peak)，取它的80% margin作上限。此外VDS對溫度具有正的溫度特性，所以必需將最低使用溫度，等環(huán)境因素也一併列入考慮，然而如此一來臨界(margin)上限會變高，ON阻抗則大幅增加，正常損失也隨著上升，所幸的是最近出現可以減緩margin降低損失的對策方案，因此附avalanche耐量保證的元件，已經正式進入商品化階段。負載變動時或是abnormal時會發(fā)生surge電壓，drain與source之間有可能被施加超過VDSS額定電壓的場合，建議讀者盡量選用附avalanche耐量保證的元件。　圖13 drainsource ON阻抗Rds(on) 與drainsource耐壓VDSS的關係　c. 飽和電壓VDS(on)[=IdRDS(on) ] 的gate驅動電壓依存性圖14是2SK3418的VDS(on) VGS特性，它是設計上針對預定的動作電流Id ，因此必需施加幾V的gate驅動電壓，才能變成飽和電壓VDS(osat)(ON阻抗領域)，它也是設計上常用的特性curve。最近幾年由於gate氧化膜層的薄膜化，因此驅動動作電壓只有10V，4V， MOSFET元件已經陸續(xù)進入商品化階段。至於如何決定驅動元件的電壓，則必需根據應用設備的實際情況作整體考量。例子switching與馬達驅動等應用的場合，基於EMI問題一般會選擇，Vth=3~4V、10V以下的驅動元件，或是根據gate驅動IC、LSI的技術資料作選擇。耐壓低於60V的低耐壓元件基於取得容易等考量，一般是採用邏輯Level驅動元件。~2V之間，~。雖然邏輯Level驅動元件廣被使用，不過若有噪訊耐量與負載短路破壞耐量等顧慮時，建議讀者改用10V等級的驅動元件。以往由於汽車電機與switching電源的一次端switch，以及二次端同整流元件的應用，形成10V與4V兩大陣營，不過最近幾年兩者有整合成單一type的趨勢?！D14 drainsource飽和電壓VDS(on)與gatesource電壓VGS 特性(2SK3418)　　d. ON阻抗RDS(on)的溫度特性圖15是ON阻抗RDS(on)的溫度依存特性。Power MOSFET的ON阻抗具有正的溫度特性，假設150oC的channel額定溫度Tchmax與25oC室溫的比率為α，耐壓低於100V 的元件， ~；耐壓大於500V 的元件，~。此處需注意的是RDS(on)的上升，並非直線性而是呈曲線狀。假設周圍溫度TA= 100oC時，Power MOSFET的動作channel溫度計算結果Tch= 130oC ，當周圍溫度上升20oC 時 。由此可知channel溫度Tch單純上升20oC，並不表示Tch= 150oC，實際上可能超過150oC。因此汽車電機等高溫環(huán)境用途，散熱設計時必需將ON阻抗的溫度特性也列入考慮。　圖15 drain與source之間的ON阻抗RDS(on)與case溫度Tc的特性(2SK3418)MOSFET IC的switching特性a. gate charge電荷量與switching特性圖16是輸入動態(tài)(dynamic) 特性，假設從VGS=0V到Vth的充電期間為Qth，curve變成完全平坦時的點，亦即可以使sourcegate之間容量結束充電稱為Qgs。根據圖16顯示從該點開始drainsource之間的電壓變化非常激烈，歸返容量Cress作為mirror容量也有變大趨勢，充電期間會使該平坦部位的mirror容量成為Qgd，從該處到2SK3418規(guī)定的10V驅動電壓Vgs點，則變成total gate charge量Qg，以圖16為例Vgs= 10V時的Qg，大約是183nC。 由於Qg驅動gate所以它是決定gate峰值電流ig(peak)，與驅動損失P(driveloss)等特性的重要參數，峰值電流ig(peak)與驅動損失P(driveloss)可用下式表示