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Vishay Siliconix MOSFET 的額定電流

摘要
Vishay 采用三種方式確定MOSFET 的連續漏極電流(ID)額定值。這些值記錄在數據表第一頁(yè)的“絕對最大額定值”表中,作為設計人員的參考以確定該器件的應用是否正確。該值的計算可以采用通用的方法。不過(guò),由于每個(gè)PCB 版圖和設計都不同,每個(gè)MOSFET 的結構也不同,因此,沒(méi)有通用的流程可用來(lái)計算每個(gè)應用的最大允許電流。Vishay 提供的數值都是在既定條件下得出的,設計人員可根據這些值對特定應用中的MOSFET 的性能進(jìn)行建模。請注意,下述方法是用來(lái)計算最大允許連續直流電流。該值不能應用于采用脈沖電流(具有高峰值電流)的直流- 直流轉換器。對于這類(lèi)應用,必須計算出均方根電流(IRMS),然后與數據表(IRMS << ID MAX)中的ID 額定值進(jìn)行比較。IRMS 的計算公式在大多數的功率電子文章中都可找到。此外,必須將導通或關(guān)斷時(shí)出現的高瞬時(shí)尖峰電流與SOA 曲線(xiàn)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準電流計算法。在該公式中,TJMAX 是數據表中規定的最大結溫(150 ℃或175 ℃),而TA 是保持MOSFET 穩態(tài)運行時(shí)允許的最大環(huán)境溫度。rDS(on) 是在特定的溫度和驅動(dòng)電壓(如4.5 V 或10 V)條件下的最大導通電阻的額定值,RthJA 是數據表中規定的 MOSFET的穩態(tài)情況下結到外部的熱阻。
確定ID 額定值的公式法
下例以Si7884DP 為基礎,其采用PowerPAK® SO-8 封裝的40V MOSFET。
Si7884DP 為基礎,其采用PowerPAK® SO-8 封裝的40V MOSFET
從“絕對最大額定值”表,我們獲得以下值:
Si7884DP 為基礎,其采用PowerPAK® SO-8 封裝的40V MOSFET
ID = SQR ROOT OF (150-25)/(0.007x1.8)x65 = 12 A
“絕對最大額定值”表規定在TA 為25 ℃條件下, ID 穩態(tài)值為12A。該公式還可用RthJC 代替分母RthJA。數據表提供的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,設計者可計算出一個(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(pán))上的1 英寸X1 英寸的PCB 面積為基礎,確定最差條件值。由于在當今大多數的電路板設計中, PCB版圖甚至會(huì )采用更小的規則,計算出每個(gè)可能設計的值是不切實(shí)際的,因此, Vishay 采用標準的1 英寸X1 英寸條件來(lái)計算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) 可計算出功耗(W)。RthJA 的單位是 ℃ /W。功率與熱阻乘積的單位為℃,因為瓦特(W)被抵消了。將該值加到單位同樣為℃的TA 上,會(huì )使結溫(TJ)升高。只要該值低于最大額定值(例如150 ℃),所設計器件的結溫就會(huì )位于MOSFET 安全工作范圍之內。通常情況下,設計工程師會(huì )采用小于最大結溫的值,例如相當于最大結溫的80 %,以便設計器件的結溫不會(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“絕對最大額定值”表中輸入額定值之前采取的下一步。使用標準電流計算法得出電流值后,工程師將確定封裝是否能夠經(jīng)受這么高的電流。對導通電阻rDS(on) 額定值較高的MOSFET 而言,通常采用公式計算法就足夠。不過(guò),對于通態(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(xiàn)框鍵合在一起的引線(xiàn)。根據引線(xiàn)的材料和引線(xiàn)的數量,可確定引線(xiàn)承載電流的值。如果電流超過(guò)該值,引線(xiàn)就會(huì )熔化,導致整個(gè)器件
出現毀滅性的損壞。為強化封裝的這部分,利用引線(xiàn)夾代替引線(xiàn)。引線(xiàn)夾通常具備更強的電流承載能力,因為其金屬用量更多。不過(guò),可根據硅晶片的尺寸選用不同的引線(xiàn)夾,這意味著(zhù)電流處理能力也會(huì )發(fā)生變化。除依據數據表中的最大ID 額定值,沒(méi)有其他參考值。如果額定值低于設計人員計算出的值,封裝處理能力應計入額定值。
確定ID 額定值的測量法
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電流額定值。
如果采用這種方法,MOSFET 將達到飽和狀態(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量該值后,該額定值將作為數據表中的額定值(帶有安全裕度) 。該安全裕度可達到50%。
結論
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)際測量。數據表提供的數值是基于這三種方法得出的極限值。不同應用的條件可能不盡相同,但可成為設計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,將有助于設計師確保MOSFET 以魯棒而可靠的工作狀態(tài)在工作范圍內良好的運行。
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