onsemi NTD3055L104、NTDV3055L104 MOSFET深度解析

在电子工程师的日常设计工作中，MOSFET是一种常用且关键的器件，它在电源、转换器、功率电机控制和桥式电路等领域发挥着重要作用。今天，我们就来详细探讨一下安森美（onsemi）的NTD3055L104和NTDV3055L104这两款N沟道逻辑电平MOSFET。

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一、产品概述

NTD3055L104和NTDV3055L104专为低电压、高速开关应用而设计，适用于电源、转换器、功率电机控制和桥式电路等场景。这两款器件具有低导通电阻（RDS(on)）、低导通电压（VDS(on)）、更严格的VSD规格、较低的二极管反向恢复时间和反向恢复存储电荷等特点。其中，NTDV和STDV前缀适用于汽车和其他有特殊场地及控制变更要求的应用，并且符合AEC - Q101标准，具备生产件批准程序（PPAP）能力。此外，它们还是无铅产品，符合RoHS指令。

二、主要参数

（一）最大额定值

在环境温度 (T_{A}=25^{circ}C) 时，这两款MOSFET的一些关键最大额定值如下：

• 漏源电压（VDSS）：60V
• 栅源电压（VGS）：连续值为15V，非重复值（脉冲宽度 (t_{p}leq10ms)）为20V
• 连续漏极电流（ID）：在 (T{A}=25^{circ}C) 时为12A，在 (T{A}=100^{circ}C) 时为4A；单脉冲漏极电流（脉冲宽度 (t_{p}leq10mu s)）为45A
• 总功耗（PD）：根据不同的安装条件有所不同，当采用1″焊盘尺寸（铜面积 (1.127in^{2}) ）表面贴装到FR4板上时为2.1W；当采用最小推荐焊盘尺寸（铜面积 (0.412in^{2}) ）表面贴装到FR4板上时为0.32W，且在25°C以上需进行降额处理，降额系数为1.5W/°C
• 工作和存储温度范围：(-55^{circ}C) 至 (+175^{circ}C)
• 单脉冲漏源雪崩能量（EAS）：在起始结温 (T{J}=25^{circ}C) 、(V{DD}=25V{dc}) 、(V{GS}=5.0V{dc}) 、(L = 1.0mH) 、(I{L(pk)} = 11A) 、(V{DS}=60V{dc}) 条件下为61mJ
• 热阻：结到壳热阻（RJC）为3.13°C/W；结到环境热阻（RJA）根据不同安装条件分别为71.4°C/W（1″焊盘尺寸）和100°C/W（最小推荐焊盘尺寸）
• 焊接时最大引脚温度：在距离外壳1/8″处10秒内为260°C

（二）电气特性

1. 关断特性
   • 漏源击穿电压（V(BR)DSS）：最小值为60V，典型值为62.9V，最大值为70V，温度系数为正。
   • 零栅压漏极电流（IDSS）：在 (V{DS}=60V{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 时最大值为1.0μA；在 (V{DS}=60V{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 、(T_{J}=150^{circ}C) 时最大值为10μA。
   • 栅体泄漏电流（IGSS）：在 (V{GS}=pm15V{dc}) 、(V{DS}=0V{dc}) 时最大值为±100nA。
2. 导通特性
   • 栅极阈值电压（VGS(th)）：最小值为1.0V，典型值为2.0V，最大值为4.2V，阈值温度系数为负。
   • 静态漏源导通电阻（RDS(on)）：在 (V{GS}=5.0V{dc}) 、(I{D}=6.0A{dc}) 时典型值为89mΩ，最大值为104mΩ。
   • 静态漏源导通电压（VDS(on)）：在 (V{GS}=5.0V{dc}) 、(I{D}=12A{dc}) 时典型值为0.98V，最大值为1.50V；在 (V{GS}=5.0V{dc}) 、(I{D}=6.0A{dc}) 、(T_{J}=150^{circ}C) 时典型值为0.86V。
   • 正向跨导（gFS）：在 (V{DS}=8.0V{dc}) 、(I{D}=6.0A{dc}) 时典型值为9.1mhos。
3. 动态特性
   • 输入电容（Ciss）：在 (V{DS}=25V{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 、(f = 1.0MHz) 时典型值为316pF，最大值为440pF。
   • 输出电容（Coss）：典型值为105pF，最大值为150pF。
   • 传输电容（Crss）：典型值为35pF，最大值为70pF。
4. 开关特性
   • 开启延迟时间（td(on)）：在 (V{DD}=30V{dc}) 、(I{D}=12A{dc}) 、(V{GS}=5.0V{dc}) 、(R_{G}=9.1Ω) 条件下典型值为9.2ns，最大值为20ns。
   • 上升时间（tr）：典型值为104ns，最大值为210ns。
   • 关断延迟时间（td(off)）：典型值为19ns，最大值为40ns。
   • 下降时间（tf）：典型值为40.5ns，最大值为80ns。
   • 栅极电荷（QT）：在 (V{DS}=48V{dc}) 、(I{D}=12A{dc}) 、(V{GS}=5.0V{dc}) 条件下典型值为7.4nC，最大值为20nC。
5. 源漏二极管特性
   • 正向导通电压（VSD）：在 (I{S}=12A{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 时典型值为0.95V，最大值为1.2V；在 (I{S}=12A{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 、(T_{J}=150^{circ}C) 时典型值为0.82V。
   • 反向恢复时间（trr）：在 (I{S}=12A{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 、(dI_{S}/dt = 100A/μs) 条件下典型值为35ns。
   • 反向恢复存储电荷（QRR）：典型值为0.04μC。

三、典型特性曲线

文档中给出了一系列典型特性曲线，包括导通区域特性、传输特性、导通电阻与栅源电压关系、导通电阻与漏极电流和栅极电压关系、导通电阻随温度变化、漏源泄漏电流与电压关系等曲线。这些曲线能帮助工程师更好地了解器件在不同工作条件下的性能表现，从而在设计中做出更合理的选择。例如，通过导通电阻与温度关系曲线，我们可以预估在不同温度环境下器件的功耗和性能变化，进而采取相应的散热措施。

四、开关行为分析

功率MOSFET是电荷控制型器件，其开关行为可通过分析输入电容的充电过程来建模和预测。在计算上升和下降时间时，由于漏栅电容随外加电压变化较大，通常使用栅极电荷数据。在开关电阻性负载时，上升和下降时间可近似由以下公式计算： [t{r}=Q{2} × R{G} /left(V{GG}-V{GSP}right)] [t{f}=Q{2} × R{G} / V{GSP}] 其中，(V{GG}) 为栅极驱动电压，(R{G}) 为栅极驱动电阻，(Q{2}) 和 (V_{GSP}) 可从栅极电荷曲线读取。

在开启和关断延迟时间计算中，可使用电容曲线中的适当值，通过标准的RC网络电压变化方程进行计算： [t{d(on)}=R{G} C{iss} lnleft[V{GG} /left(V{GG}-V{GSP}right)right]] 在计算 (t{d(on)}) 时，电容 (C{iss}) 从对应关断状态电压的电容曲线读取；计算 (t_{d(off)}) 时，从对应导通状态电压的电容曲线读取。

然而，在高开关速度下，寄生电路元件会使分析变得复杂。MOSFET源极引脚的电感、MOSFET输出电容以及内部栅极电阻等都会影响开关性能。例如，源极电感会产生电压，降低栅极驱动电流，导致数学求解复杂。

五、安全工作区

正向偏置安全工作区（FBSOA）曲线定义了晶体管在正向偏置时能够安全处理的最大漏源电压和漏极电流。这些曲线基于最大峰值结温和25°C的壳温。峰值重复脉冲功率限制可通过热响应数据和相关程序确定。在开关过程中，只要不超过额定峰值电流（IDM）和额定电压（VDSS），且过渡时间（tr、tf）不超过10μs，就可以遍历任何负载线。此外，整个开关周期的平均总功率不得超过 ((T{J(MAX)} - T{C})/(R_{JC}))。

对于具有E - FET标识的功率MOSFET，可安全用于无钳位电感负载的开关电路中。但在雪崩状态下，电路电感存储在晶体管中的能量必须小于额定极限，并根据不同的工作条件进行调整。需要注意的是，雪崩能量能力并非恒定值，它会随着雪崩峰值电流和峰值结温的增加而非线性下降。

六、订购信息

文档提供了不同型号的订购信息，包括封装形式和包装数量。例如，NTD3055L104T4G采用DPAK封装，以2500个/卷带和卷轴的形式包装；NTD3055L104G同样采用DPAK封装，但以75个/导轨的形式包装。需要注意的是，部分器件已停产，具体信息可参考文档第7页的表格或联系安森美代表获取。

七、机械尺寸

文档详细给出了DPAK封装的机械尺寸，包括各个引脚的定义和具体的尺寸范围。这些尺寸信息对于电路板设计和布局非常重要，工程师需要根据这些尺寸来确保器件能够正确安装和使用。

在实际设计中，我们需要综合考虑以上各个方面的因素，根据具体的应用需求选择合适的MOSFET，并合理设计电路，以确保系统的性能和可靠性。大家在使用这些器件时，有没有遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。