ON Semiconductor FDS4685 40V P-Channel PowerTrench® MOSFET：性能与应用解析

一、引言

在电子工程师的日常设计工作中，MOSFET 是一种常用的功率器件。今天要给大家介绍的是 ON Semiconductor（现 onsemi）的 FDS4685 40V P-Channel PowerTrench® MOSFET，它在功率管理等领域有着广泛的应用。

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二、产品概述

FDS4685 是 ON Semiconductor 先进 PowerTrench 工艺的坚固栅极版本 P-Channel MOSFET。它针对需要宽范围栅极驱动电压额定值（4.5V - 20V）的功率管理应用进行了优化。

三、产品特性

3.1 低导通电阻

当 (V{GS}=-4.5V) 时，(R{DS(ON)} = 0.035Omega)。低导通电阻意味着在导通状态下，MOSFET 的功率损耗较小，能够提高系统的效率。这对于需要长时间工作的设备来说尤为重要，比如一些便携式电子设备，低功耗可以延长电池的使用时间。

3.2 快速开关速度

快速的开关速度使得 FDS4685 能够在短时间内完成导通和关断操作，适用于高频应用。在开关电源中，快速开关速度可以减少开关损耗，提高电源的转换效率。

3.3 高性能沟槽技术

采用高性能沟槽技术实现了极低的 (R_{DS(ON)})，同时具备高功率和高电流处理能力。这使得它能够承受较大的功率和电流，适用于对功率要求较高的应用场景。

四、应用领域

4.1 电源管理

在电源管理电路中，FDS4685 可以作为开关元件，实现对电源的高效控制。通过快速的开关操作，能够精确地调节电源的输出电压和电流，满足不同负载的需求。

4.2 负载开关

作为负载开关，FDS4685 可以快速地连接或断开负载与电源之间的连接，实现对负载的灵活控制。在一些需要频繁开关负载的设备中，如移动设备的 USB 端口，使用 FDS4685 可以提高设备的可靠性和稳定性。

4.3 电池保护

在电池保护电路中，FDS4685 可以监测电池的电压和电流，当电池出现过充、过放或短路等异常情况时，及时切断电路，保护电池和设备的安全。

五、电气特性

5.1 绝对最大额定值

在 (T_{A}=25^{circ}C) 时，其参数如下：

• 漏源电压 (V_{DSS}) 为 -40V。
• 栅源电压 (V_{GSS}) 为 +20V。
• 连续漏极电流 (I_{D}) 为 -8.2A（脉冲时为 -50A）。
• 单操作功率耗散 (P_{D}) 因不同情况有所不同，分别为 2.5W（Note 1a）、1.4W（Note 1b）、1.2W（Note 1c）。
• 工作和存储结温范围 (T_{J}) 为 -55 到 +150°C。

  5.2 电气参数

• 关断特性：
  • 漏源击穿电压 (BV{DSS}) 为 -40V（(V{GS}=0V)，(I_{D}=-250mu A)）。
  • 击穿电压温度系数 (Delta BV{DSS}/Delta T{J}) 为 -32mV/°C。
  • 零栅压漏极电流 (I{DSS}) 最大为 -1(mu A)（(V{DS}=-32V)，(V_{GS}=0V)）。
  • 栅体泄漏电流 (I{GSS}) 最大为 ±100nA（(V{GS}=pm20V)，(V_{DS}=0V)）。
• 导通特性：
  • 栅极阈值电压 (V{GS(th)}) 范围为 -1 到 -3V（(V{DS}=V{GS})，(I{D}=-250mu A)）。
  • 栅极阈值电压温度系数 (Delta V{GS(th)}/Delta T{J}) 为 4.7mV/°C。
  • 静态漏源导通电阻 (R{DS(on)}) 在不同条件下有所不同，如 (V{GS}=-10V)，(I_{D}=-8.2A) 时，典型值为 22mΩ，最大值为 27mΩ。
• 动态特性：
  • 输入电容 (C{iss}) 为 1872pF（(V{DS}=-20V)，(V_{GS}=0V)，(f = 1.0MHz)）。
  • 输出电容 (C_{oss}) 为 256pF。
  • 反向传输电容 (C_{rss}) 为 134pF。
  • 栅极电阻 (R{G}) 为 4Ω（(V{GS}=15mV)，(f = 1MHz)）。
• 开关特性：
  • 导通延迟时间 (t_{d(on)}) 为 14 - 25ns。
  • 导通上升时间 (t_{r}) 为 11 - 20ns。
  • 关断延迟时间 (t_{d(off)}) 为 50 - 80ns。
  • 关断下降时间 (t_{f}) 为 18 - 32ns。
  • 总栅极电荷 (Q_{g}) 为 19 - 27nC。
  • 栅源电荷 (Q_{gs}) 为 5.6nC。
  • 栅漏电荷 (Q_{gd}) 为 6.1nC。
• 漏源二极管特性：
  • 漏源二极管正向电压 (V{SD}) 为 -0.7 到 -1.2V（(V{GS}=0V)，(I_{S}=-2.1A)）。
  • 二极管反向恢复时间 (t_{rr}) 为 26ns。
  • 二极管反向恢复电荷 (Q_{rr}) 为 15nC。

六、封装与订购信息

器件标记	器件	卷盘尺寸	胶带宽度	数量
FDS4685	FDS4685	13”	12mm	2500 单位

七、注意事项

7.1 热特性

热阻 (R_{theta JA}) 因不同情况有所不同，如在 Note 1a 情况下为 50°C/W，Note 1c 情况下为 125°C/W。热阻会影响 MOSFET 的散热性能，在设计时需要根据实际情况进行合理的散热设计。

7.2 脉冲测试

脉冲测试条件为脉冲宽度 < 300μs，占空比 < 2.0%。在实际应用中，需要注意测试条件对器件性能的影响。

八、总结

FDS4685 40V P-Channel PowerTrench® MOSFET 以其低导通电阻、快速开关速度和高功率处理能力等特性，在电源管理、负载开关和电池保护等领域有着广泛的应用前景。电子工程师在设计相关电路时，可以根据具体的应用需求，合理选择和使用该器件。同时，在设计过程中要充分考虑器件的电气特性和热特性，确保电路的稳定性和可靠性。大家在使用 FDS4685 时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。