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Vishay Siliconix MOSFET 的額定電流

摘要

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，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，沒有通用的流程可用來計(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。
確定ID 額定值的公式法

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 英寸條件來計(jì)算RthJA 額定值。該公式也可寫成TJ = TA + ID² x rDS(on) x RthJA, 得出的結(jié)果相同；不過，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，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唷２贿^，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ID 額定值的測(cè)量法

確定MOSFET 的最大ID 額定值的第三種方法是通過給器件施加大電流直至擊穿，使器件損壞來獲得。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%。

結(jié)論

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。

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