为什么需要500A MOSFET

具有高电流要求的应用，例如电池隔离和电机驱动，需要仔细考虑设计要求。了解电路设计中的最大额定值对于从功率 MOSFET 获得最佳性能并在所需的工作寿命期间保持器件可靠性非常重要。不得超过最大额定值，以保证设备的使用寿命和可靠性。

使用低压 (<100-V) MOSFET 的现代电子产品在汽车和工业应用中对高功率的需求不断增加。对于电机驱动等应用，以千瓦为单位的功率输出现在是一个非常普遍的要求。结合当今的模块空间限制，这意味着处理更多功率的需求正在传递给组件，尤其是 MOSFET。

在Nexperia 的 Power Live Event期间，Nexperia 的应用工程师 Stein Hans Nesbakk 和国际产品营销经理 Steven Waterhouse 强调需要正确评估漏极电流以及可能使用保护电路来补偿高电流事件，从而提供高度可靠的产品。功率 MOSFET 数据表中指示的漏极电流 (I _D ) 限制是此类需要管理非常高电流的高功率应用中最重要的参数之一。

I _D评级

MOSFET 具有三个端子：栅极、源极和漏极。电流可以通过这些端子中的任何一个流动，这些端子标记为 I _G、I _S和 I _D。工程师和电气设计师必须彻底了解基本功能、约束和环境条件，才能为应用选择合适的 MOSFET。

I _D是 MOSFET 在 T _mb = 25°C 和芯片在最大结温下完全增强时可以承受的最大连续漏源电流。正如发言者指出的那样，它是一个单一参数，但包含热性能、温度额定值、R _DS(on)、硅芯片电阻和封装电阻。MOSFET 可以实现的最大电流主要来自 MOSFET 的最大功率容限。计算最大连续电流时，必须使用最大稳态功率。如果我们定义 T _mb = 25°C，T _j(max) = 175°C，并且 R _th(j-mb) = (0.4 K/W max)，我们可以计算最大功率如下：

计算此最大功率余量所需的关键参数是芯片与安装底座之间的热阻抗 Z _th(j-mb)（图 1）以及芯片与安装底座之间的热阻 R _th(j-mb)。R _th(j-mb)是热阻，是指达到稳态条件（也称为直流条件）的热响应。

图 1：MOSFET 内部和外部的热阻（来源：Nexperia）

ř_{第（J-mb）个}是从结点到安装底座的热阻。从结点到安装底座的瞬态热阻是脉冲持续时间的函数，如图 2 所示。可以看出，MOSFET 热响应类似于 RC 网络电响应。其热阻取决于传递的脉冲类型（具有不同占空比的单次或重复 PWM 脉冲），对于超过 10 毫秒的脉冲，曲线在 100 毫秒后开始趋于平稳，如图所示。据说此时 MOSFET 已达到热稳定性。因此，从 MOSFET 的角度来看，它处于热直流状态。尽管热阻在 0.1 秒后稳定下来，但 Nexperia 在实验室中对所有 MOSFET 进行了 30 秒或更长时间的测试。175°C 温度是指 MOSFET 的结温，_j . 所有 MOSFET 都必须在该温度以下工作。P _(max)可以在数据表限制值表中找到。使用功率公式，我们可以计算漏极电流：

R _DS(on)是 MOSFET 的导通电阻。I _D max 可以通过考虑T _j(max)处的 R _DS(on)来计算。图 3 中的图表可用于计算特定温度要求的电流。

图 2：作为脉冲持续时间函数的从结到安装底座的瞬态热阻（来源：Nexperia）

图 3：作为结温函数的归一化漏源导通电阻系数（来源：Nexperia）

确定理论最大_{ID 后}，必须通过测试和验证来验证该值。在最终确定和保护数据表中提供的 ID _(max)时，将考虑并考虑其他限制因素。在 T _j = 175°C 时，ID _(max) = 495 A 被认为是 PSMN70-40SSH 的理论容量。I _D(max)测量在实验室中得到验证，其中结温确保低于 T _j(max)。电流将受到 PCB 的热设计和工作温度的限制。

设备在实际应用中的最大能力将取决于安装底座 (PCB) 温度，在数据表的情况下，这是 25°C，计算的 I _D(max)为 495 A。相同的原理可以用于计算相关温度的应用 I _D(max)。需要注意的是，由于高电流和 MOSFET 必须在低于 Tj(max) 的条件下工作，T _mb可能会上升。

将 MOSFET 的最大结温 T _{j 限制}为 175°C 是由 MOSFET 需要满足的可靠性要求驱动的。因此，175°C 是 Nexperia 用于符合行业标准的 MOSFET 鉴定和寿命测试的温度限制。所有汽车功率 MOSFET 都必须满足 175°C 的结温规范。

图 4：电池隔离和电机驱动应用（来源：Nexperia）

在我_d电流最大能力成为关键，最需要之间的高系统电流发生，系统反应时间-更高的能力越大的安全边际。在电子保险丝/电池隔离中，这是过流情况检测和反应之间的时间；在电机驱动应用中，转子锁定和控制系统反应之间的时间变得至关重要（图 4）。

LFPAK 封装

MOSFET 封装结构，无论是引线键合还是铜夹，都会影响电流在硅芯片中的传播方式，以及封装热量，所有这些都会影响 I _D(max)能力。封装设计还将有助于 MOSFET 的整体性能、其稳健性和可靠性等所有重要特性。

对于当今空间受限的大功率汽车和工业应用，Nexperia 认为，与旧的引线键合封装（如 D2PAK）相比，LFPAK 具有更小的占地面积和更高的功率密度。它提供卓越的性能和高可靠性。

LFPAK 铜夹技术不仅有助于 MOSFET 实现更高的电流能力，其均匀的电流分布和低源极电感，还有助于 MOSFET 处理如此高的电流水平的操作。此外，铜夹的热质量最大限度地减少了热点的发展，从而获得更好的雪崩能量 (E _AS ) 和线性模式 (SOA) 性能。

图 5：LFPAK 封装（来源：Nexperia）

　　审核编辑：汤梓红