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资深工程师分享对 MOSFET 规格书/datasheet 的理解和一些观点资料下载
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2021-04-12
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作为一个电源方面的工程师、技术人员，相信大家对 MOSFET 都不会陌生。在电源论坛中，关于MOSFET 的帖子也应有尽有：MOSFET 结构特点/工作原理、MOSFET 驱动技术、MOSFET 选型、MOSFET 损耗计算等，论坛高手、大侠们都发表过各种牛贴，我也不敢在这些方面再多说些什么了。
工程师们要选用某个型号的 MOSFET，首先要看的就是规格书/datasheet，拿到 MOSFET 的规格书/datasheet 时，我们要怎么去理解那十几页到几十页的内容呢？
本帖的目的就是为了和大家分享一下我对 MOSFET 规格书/datasheet 的理解和一些观点，有什么错误、不当的地方请大家指出，也希望大家分享一下自己的一些看法，大家一起学习。
PS: 1. 后续内容中规格书/datasheet 统一称为 datasheet
2. 本帖中有关 MOSFET datasheet 的数据截图来自英飞凌 IPP60R190C6 datasheet
1、VDS
Datasheet 上电气参数第一个就是 V(BR)DSS，即 DS 击穿电压，也就是我们关心的 MOSFET 的耐压
此处V(BR)DSS的最小值是600V，是不是表示设计中只要MOSFET上电压不超过600V MOSFET就能工作在安全状态?
相信很多人的答案是“是!”，曾经我也是这么认为的，但这个正确答案是“不是!”
这个参数是有条件的，这个最小值600V是在Tj=25℃的值，也就是只有在Tj=25℃时，MOSFET上电压不超过600V才算是工作在安全状态。
MOSFET V(BR)DSS是正温度系数的，其实datasheet上有一张V(BR)DSS与Tj的关系图(Table 17)，如下：
要是电源用在寒冷的地方，环境温度低到-40℃甚至更低的话，MOSFET V(BR)DSS值<560V，这时候600V就已经超过MOSFET耐压了。
所以在MOSFET使用中，我们都会保留一定的VDS的电压裕量，其中一点就是为了考虑到低温时MOSFET V(BR)DSS值变小了，另外一点是为了应对各种恶例条件下开关机的VDS电压尖峰。
2、ID
相信大家都知道 MOSFET 最初都是按 xA, xV 的命名方式（比如 20N60~），慢慢的都转变成Rds(on)和电压的命名方式(比如 IPx60R190C6, 190 就是指 Rds(on)~).
其实从电流到 Rds(on)这种命名方式的转变就表明 ID 和 Rds(on)是有着直接联系的，那么它们之间有什么关系呢？
在说明 ID 和 Rds(on)的关系之前，先得跟大家聊聊封装和结温：
1). 封装：影响我们选择 MOSFET 的条件有哪些？
a) 功耗跟散热性能 -->比如：体积大的封装相比体积小的封装能够承受更大的损耗；铁封比塑封的散热性能更好.
b) 对于高压 MOSFET 还得考虑爬电距离 -->高压的 MOSFET 就没有 SO-8 封装的，因为G/D/S 间的爬电距离不够
c) 对于低压 MOSFET 还得考虑寄生参数 -->引脚会带来额外的寄生电感、电阻，寄生电感往往会影响到驱动信号，寄生电阻会影响到 Rds(on)的值
d) 空间/体积 -->对于一些对体积要求严格的电源，贴片 MOSFET 就显得有优势了
2). 结温：MOSFET 的最高结温 Tj_max=150℃，超过此温度会损坏 MOSFET，实际使用中建议不要超过 70%~90% Tj_max.
回到正题，MOSFET ID和Rds(on)的关系:
(1) 封装能够承受的损耗和封装的散热性能(热阻)之间的关系
(2) MOSFET通过电流ID产生的损耗
(1), (2)联立，计算得到ID和Rds_on的关系
今天看到一篇文档，上面有提到MOSFET的寿命是跟温度有关的。（下图红色框中）
3、Rds(on)
从MOSFET Rds(on)与Tj的图表中可以看到：Tj增加Rds(on)增大，即Rds(on)是正温度系数，MOSFET的这一特性使得MOSFET易于并联使用。
4、Vgs(th)
相信这个值大家都熟悉，但是Vgs(th)是负温度系数有多少人知道，你知道吗？(下面两图分别来自BSC010NE2LS和IPP075N15N3 G datasheet.)
相信会有很多人没有注意到Vgs(th)的这一特性，这也是正常的，因为高压MOSFET的datasheet中压根就没有这个图，这一点可能是因为高压MOSFET的Vgs(th)值一般都是2.5V以上，高温时也就到2V左右。但对于低压MOSFET就有点不一样了，很多低压MOSFET的Vgs(th)在常温时就很低，比如BSC010NE2LS的Vgs(th)是1.2V~2V，高温时最低都要接近0.8V了，这样只要在Gate有一个很小的尖峰就可能误触发MOSFET开启从而引起整个电源系统异常。
所以，低压MOSFET使用时一定要留意Vgs(th)的这个负温度系数的特性！！
5、Ciss, Coss, Crss
MOSFET 带寄生电容的等效模型
Ciss=Cgd Cgs, Coss=Cgd Cds, Crss=Cgd
Ciss, Coss, Crss的容值都是随着VDS电压改变而改变的，如下图：
在 LLC 拓扑中，减小死区时间可以提高效率，但过小的死区时间会导致无法实现 ZVS。因此选择在 VDS 在低压时 Coss 较小的 MOSFET 可以让 LLC 更加容易实现 ZVS，死区时间也可以适当减小，从而提升效率。
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