深入解析FDMS8025S N-Channel PowerTrench® SyncFETTM

作为电子工程师，在电源转换应用设计中，MOSFET的选择至关重要。今天我们就来深入剖析一款性能出色的N沟道MOSFET——FDMS8025S。

文件下载：FDMS8025S-D.pdf

1. 公司背景与产品变更说明

Fairchild已成为ON Semiconductor的一部分。由于系统要求，部分Fairchild可订购的零件编号需要更改，原编号中的下划线（_）将改为短横线（-）。大家可在ON Semiconductor网站（www.onsemi.com）上核实更新后的设备编号。

2. FDMS8025S产品概述

2.1 特点

• 低导通电阻：在(V{GS}=10V)，(I{D}=24A)时，最大(r{DS(on)}=2.8mΩ)；在(V{GS}=4.5V)，(I{D}=21A)时，最大(r{DS(on)}=3.5mΩ)。这种低导通电阻特性能够有效降低功率损耗，提高电源转换效率。
• 先进的封装与硅技术结合：采用先进的封装和硅技术组合，实现低(r_{DS(on)})和高效率。
• SyncFET肖特基体二极管：具有高效的单芯片肖特基体二极管，能提升器件的性能。
• MSL1稳健封装设计：MSL1（湿度敏感度等级1级）的封装设计，增强了器件的可靠性。
• 100% UIL测试：经过100%的非钳位感性负载（UIL）测试，保证了产品的质量和稳定性。
• RoHS合规：符合RoHS标准，环保无污染。

2.2 应用领域

• DC/DC转换器同步整流：在DC/DC转换器中作为同步整流器使用，可提高转换效率。
• 笔记本Vcore/GPU低端开关：适用于笔记本电脑的Vcore和GPU的低端开关应用。
• 网络负载点低端开关：可用于网络负载点的低端开关，保障网络设备的稳定运行。
• 电信次级侧整流：在电信设备的次级侧整流中发挥作用。

3. 电气特性分析

3.1 最大额定值

参数	符号	额定值	单位
漏源电压	(V_{DS})	30	V
栅源电压	(V_{GS})	±20	V
连续漏极电流（封装限制，(T_{C}=25^{circ}C)）	(I_{D})	49	A
连续漏极电流（硅限制，(T_{C}=25^{circ}C)）	(I_{D})	109	A
连续漏极电流（(T_{A}=25^{circ}C)）	(I_{D})	24	A
脉冲漏极电流	(I_{D})	100	A
单脉冲雪崩能量	(E_{AS})	66	mJ
功率耗散（(T_{C}=25^{circ}C)）	(P_{D})	50	W
功率耗散（(T_{A}=25^{circ}C)）	(P_{D})	2.5	W
工作和存储结温范围	(T{J},T{STG})	-55 to +150	°C

3.2 热特性

参数	符号	数值	单位
结到外壳热阻	(R_{θJC})	2.5	°C/W
结到环境热阻（(T_{A}=25^{circ}C)）	(R_{θJA})	50	°C/W

3.3 具体电气参数

3.3.1 关断特性

• 漏源击穿电压（(BV_{DSS})）：在(I{D}=1mA)，(V{GS}=0V)时为30V。
• 击穿电压温度系数（(Delta BV{DSS}/Delta T{J})）：在(I_{D}=10mA)，参考温度25°C时为19mV/°C。
• 零栅压漏极电流（(I_{DSS})）：在(V{DS}=24V)，(V{GS}=0V)时为500μA。
• 栅源正向泄漏电流（(I_{GSS})）：在(V{GS}=20V)，(V{DS}=0V)时为100nA。

3.3.2 导通特性

• 栅源阈值电压（(V_{GS(th)})）：在(V{GS}=V{DS})，(I_{D}=1mA)时，范围为1.2 - 3.0V。
• 栅源阈值电压温度系数（(Delta V{GS(th)}/Delta T{J})）：在(I_{D}=10mA)，参考温度25°C时为 -5mV/°C。
• 静态漏源导通电阻（(r_{DS(on)})）：在不同条件下有不同值，如(V{GS}=10V)，(I{D}=24A)时为2.2 - 2.8mΩ 。

3.3.3 动态特性

• 输入电容（(C_{iss})）：在(V{DS}=15V)，(V{GS}=0V)，(f = 1MHz)时为2255 - 3000pF。
• 输出电容（(C_{oss})）：为815 - 1085pF。
• 反向传输电容（(C_{rss})）：为85 - 125pF。
• 栅极电阻（(R_{g})）：为1.0 - 2.5Ω。

3.3.4 开关特性

• 开启延迟时间（(t_{d(on)})）：在(V{DD}=15V)，(I{D}=24A)，(V{GS}=10V)，(R{GEN}=6Ω)时为11 - 19ns。
• 上升时间（(t_{r})）：为4.5 - 10ns。
• 关断延迟时间（(t_{d(off)})）：为29 - 46ns。
• 下降时间（(t_{f})）：为3.7 - 10ns。
• 总栅极电荷（(Q_{g})）：在不同条件下有不同值，如(V{GS}=0V)到10V，(V{DD}=15V)，(I_{D}=24A)时为34 - 47nC。

3.3.5 漏源二极管特性

• 源 - 漏二极管正向电压（(V_{SD})）：在(V{GS}=0V)，(I{S}=2A)时为0.62 - 0.8V；在(V{GS}=0V)，(I{S}=24A)时为0.8 - 1.2V。
• 反向恢复时间（(t_{rr})）：在(I_{F}=24A)，(di/dt = 300A/μs)时为26 - 42ns。
• 反向恢复电荷（(Q_{rr})）：为27 - 44nC。

4. 典型特性曲线

文档中给出了多种典型特性曲线，如导通区域特性、归一化导通电阻与漏极电流和栅极电压的关系、归一化导通电阻与结温的关系等。这些曲线能够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，通过导通区域特性曲线可以直观地看到不同栅极电压下漏极电流与漏源电压的关系，为电路设计提供参考。

5. SyncFET肖特基体二极管特性

Fairchild的SyncFET工艺在PowerTrench MOSFET中嵌入了肖特基二极管，其特性类似于与MOSFET并联的分立外部肖特基二极管。从文档中的反向恢复特性曲线可以看到该二极管的反向恢复特性。不过需要注意的是，肖特基势垒二极管在高温和高反向电压下会出现明显的泄漏，这会增加器件的功率损耗。在设计时，工程师需要充分考虑这一因素，以确保电路的稳定性和可靠性。

6. 封装信息

FDMS8025S采用PQFN8 5X6, 1.27P封装，文档中给出了详细的封装尺寸图和相关说明。在设计PCB时，工程师需要根据这些信息合理布局，确保器件的安装和电气连接符合要求。同时，建议在禁止区域内不要有走线或过孔，以避免影响器件的性能。

7. 总结

FDMS8025S N - Channel PowerTrench® SyncFETTM凭借其低导通电阻、先进的封装和硅技术、SyncFET肖特基体二极管等特性，在电源转换应用中具有很大的优势。电子工程师在设计相关电路时，可以根据其电气特性和典型特性曲线，结合具体的应用需求，合理选择和使用该器件。但同时也要注意肖特基二极管在高温高反向电压下的泄漏问题，以及封装设计中的注意事项。大家在实际应用中是否遇到过类似器件的使用问题呢？欢迎在评论区交流分享。