深入剖析FQD13N10L/FQU13N10L N - 通道QFET® MOSFET

一、引言

在电子工程领域，MOSFET作为重要的功率器件，广泛应用于各种电路设计中。今天我们要详细探讨的FQD13N10L/FQU13N10L N - 通道QFET® MOSFET，是Fairchild Semiconductor（现已并入ON Semiconductor）推出的一款性能卓越的产品。它在开关电源、音频放大器、直流电机控制等众多领域都有着出色的表现。

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二、产品概述

2.1 基本信息

FQD13N10L/FQU13N10L是N - 通道增强型功率MOSFET，采用了Fairchild Semiconductor专有的平面条纹和DMOS技术。这种先进的MOSFET技术经过特别设计，旨在降低导通电阻，提供卓越的开关性能和高雪崩能量强度。

2.2 关键参数

• 电压与电流：耐压100V，连续电流在(T{C}=25^{circ}C)时为10A，(T{C}=100^{circ}C)时为6.3A，脉冲电流可达40A。
• 导通电阻：在(V{GS}=10V)，(I{D}=5.0A)时，(R_{DS(on)}=180mΩ)（最大值）。
• 其他特性：低栅极电荷（典型值8.7nC）、低Crss（典型值20pF），并且经过100%雪崩测试。

三、绝对最大额定值

Symbol	Parameter	FQD13N10LTM / FQU13N10LTU	Unit
(V_{DSS})	漏源电压	100	V
(I_{D})	漏极电流 - 连续 ((T_{C}=25^{circ}C))	10	A
(I_{D})	漏极电流 - 连续 ((T_{C}=100^{circ}C))	6.3	A
(I_{DM})	漏极电流 - 脉冲（注1）	40	A
(V_{GSS})	栅源电压	± 20	V
(E_{AS})	单脉冲雪崩能量（注2）	95	mJ
(I_{AR})	雪崩电流（注1）	10	A
(E_{AR})	重复雪崩能量（注1）	4.0	mJ
(dv/dt)	峰值二极管恢复(dv/dt)（注3）	6.0	V/ns
(P_{D})	功率耗散 ((T_{A}=25^{circ}C))	2.5	W
(P_{D})	功率耗散 ((T_{C}=25^{circ}C))	40	W
(P_{D})	25°C以上降额	0.32	W/°C
(T{J}, T{STG})	工作和存储温度范围	-55 to +150	°C
(T_{L})	距离管壳1/8 ” 处5秒的最大焊接引线温度	300	°C

注：

1. 250μs脉冲测试
2. (T_{C}=25^{circ}C)
3. 具体测试条件需参考文档

这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考，确保器件在安全的范围内工作。例如，在设计电源电路时，需要根据(V{DSS})和(I{D})等参数来选择合适的负载和工作条件，避免器件因过压或过流而损坏。

四、电气特性

4.1 关断特性

• (BV_{DSS})：漏源击穿电压，在(V{GS}=0V)，(I{D}=250μA)时为100V。
• (Delta BV{DSS} / Delta T{J})：击穿电压温度系数，在(I_{D}=250μA)，参考温度25°C时为0.09V/°C。
• (I_{DSS})：零栅压漏极电流，(V{DS}=100V)，(V{GS}=0V)时最大值为1μA；(V{DS}=80V)，(T{C}=125°C)时最大值为10μA。
• (I{GSSF})和(I{GSSR})：分别为正向和反向栅体泄漏电流，最大值为±100nA。

4.2 导通特性

• (V_{GS(th)})：栅极阈值电压，在(V{DS}=V{GS})，(I_{D}=250μA)时，范围为1.0 - 2.0V。
• (R_{DS(on)})：静态漏源导通电阻，(V{GS}=10V)，(I{D}=5.0A)时，典型值为0.142Ω，最大值为0.18Ω；(V{GS}=5V)，(I{D}=5.0A)时，典型值为0.158Ω，最大值为0.2Ω。
• (g_{FS})：正向跨导，在(V{DS}=30V)，(I{D}=5.0A)时，典型值为8.7S。

4.3 动态特性

• 输入电容(C_{iss})：在(V{DS}=25V)，(V{GS}=0V)，(f = 1.0MHz)时，范围为400 - 520pF。
• 输出电容(C_{oss})：范围为95 - 125pF。
• 反向传输电容(C_{rss})：典型值为20pF，最大值为25pF。

4.4 开关特性

• (t_{d(on)})：开启延迟时间，在(V{DD}=50V)，(I{D}=12.8A)，(R_{G}=25Ω)时，最大值为25ns。
• (t_{r})：开启上升时间，范围为220 - 450ns。
• (t_{d(off)})：关断延迟时间，范围为22 - 55ns。
• (t_{f})：关断下降时间，范围为72 - 150ns。
• (Q_{g})：总栅极电荷，在(V{DS}=80V)，(I{D}=12.8A)时，范围为8.7 - 12nC。
• (Q_{gs})：栅源电荷，典型值为2.0nC。
• (Q_{gd})：栅漏电荷，典型值为5.3nC。

4.5 漏源二极管特性和最大额定值

• (I_{S})：最大连续漏源二极管正向电流为10A。
• (I_{SM})：最大脉冲漏源二极管正向电流为40A。
• (V_{SD})：漏源二极管正向电压，(V{GS}=0V)，(I{S}=10A)时为1.5V。
• (t_{rr})：反向恢复时间，在(V{GS}=0V)，(I{S}=12.8A)，(dI_{F} / dt = 100A/μs)时，典型值为75ns。
• (Q_{rr})：反向恢复电荷，典型值为0.17μC。

这些电气特性对于工程师来说至关重要，它们直接影响着MOSFET在电路中的性能表现。例如，低的导通电阻可以降低功率损耗，提高电路效率；快速的开关时间可以减少开关损耗，提高电路的工作频率。

五、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、导通电阻随漏极电流和栅极电压的变化、体二极管正向电压随源电流和温度的变化、电容特性、栅极电荷特性、击穿电压随温度的变化、导通电阻随温度的变化、最大安全工作区域、最大漏极电流随管壳温度的变化以及瞬态热响应曲线等。这些曲线直观地展示了MOSFET在不同工作条件下的性能变化，工程师可以根据这些曲线来优化电路设计，确保器件在各种工况下都能稳定工作。

例如，从导通电阻随温度的变化曲线可以看出，随着温度的升高，导通电阻会逐渐增大。在设计高温环境下工作的电路时，就需要考虑这一因素，适当降低器件的负载电流，以避免因导通电阻增大而导致功率损耗过大。

六、测试电路与波形

文档还提供了多种测试电路和波形，如栅极电荷测试电路、电阻性开关测试电路、非钳位电感开关测试电路和峰值二极管恢复(dv/dt)测试电路等。这些测试电路和波形有助于工程师理解MOSFET在不同测试条件下的工作状态，同时也为实际电路设计提供了参考。

例如，在设计开关电源时，可以参考电阻性开关测试电路和波形，优化开关频率和驱动电路，以提高电源的效率和稳定性。

七、机械尺寸

文档给出了TO252（D - PAK）和TO251（I - PAK）两种封装的机械尺寸图，并提醒用户注意图纸可能会随时更改，建议访问Fairchild Semiconductor的在线包装区域获取最新的封装图纸。在进行电路板设计时，工程师需要根据这些机械尺寸来合理布局MOSFET，确保其与其他元件之间的间距和安装方式符合要求。

八、注意事项

8.1 命名更改

由于Fairchild Semiconductor并入ON Semiconductor，部分Fairchild可订购的零件编号需要更改以满足ON Semiconductor的系统要求。Fairchild零件编号中的下划线（_）将改为破折号（-），用户可通过ON Semiconductor网站验证更新后的器件编号。

8.2 产品使用限制

ON Semiconductor产品不设计、不打算也未获授权用于生命支持系统、FDA Class 3医疗设备或具有相同或类似分类的外国医疗设备，以及任何打算植入人体的设备。如果买方将产品用于此类非预期或未授权的应用，需承担相应责任。

8.3 技术支持与订购信息

用户可以通过以下方式获取技术支持和订购文献：

• 文献分发中心：19521 E. 32nd Pkwy, Aurora, Colorado 80011 USA
• 电话：303 - 675 - 2175或800 - 344 - 3860（美国/加拿大免费）
• 传真：303 - 675 - 2176或800 - 344 - 3867（美国/加拿大免费）
• 邮箱：[e-mail]
• 北美技术支持：800 - 282 - 9855（美国/加拿大免费）
• 欧洲、中东和非洲技术支持：电话421 33 790 2910
• 日本客户服务中心：电话81 - 3 - 5817 - 1050
• ON Semiconductor网站：www.onsemi.com
• 订购文献：http://www.onsemi.com/orderlit

九、总结

FQD13N10L/FQU13N10L N - 通道QFET® MOSFET以其优异的性能和广泛的应用场景，成为电子工程师在设计电路时的理想选择。通过深入了解其各项参数、特性和注意事项，工程师可以更好地发挥该器件的优势，设计出高效、稳定的电路。在实际应用中，大家不妨思考如何根据具体的电路需求，合理选择和使用这款MOSFET，以达到最佳的设计效果。