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    Vishay Siliconix MOSFET 的额定电流

    摘要
    Vishay 采用三种方式确定MOSFET 的连续漏极电流(ID)额定值。这些值记录在数据表第一页的“绝对最大额定值”表中,作为设计人员的参考以确定该器件的应用是否正确。该值的计算可以采用通用的方法。不过,由于每个PCB 版图和设计都不同,每个MOSFET 的结构也不同,因此,没有通用的流程可用来计算每个应用的最大允许电流。Vishay 提供的数值都是在既定条件下得出的,设计人员可根据这些值对特定应用中的MOSFET 的性能进行建模。请注意,下述方法是用来计算最大允许连续直流电流。该值不能应用于采用脉冲电流(具有高峰值电流)的直流- 直流转换器。对于这类应用,必须计算出均方根电流(IRMS),然后与数据表(IRMS << ID MAX)中的ID 额定值进行比较。IRMS 的计算公式在大多数的功率电子文章中都可找到。此外,必须将导通或关断时出现的高瞬时尖峰电流与SOA 曲线进行比较,确定这种尖峰电流是否会损坏MOSFET。
    确定ID 额定值的公式法
    确定 ID 的第一种方式是采用下述标准电流计算法。在该公式中,TJMAX 是数据表中规定的最大结温(150 ℃或175 ℃),而TA 是保持MOSFET 稳态运行时允许的最大环境温度。rDS(on) 是在特定的温度和驱动电压(如4.5 V 或10 V)条件下的最大导通电阻的额定值,RthJA 是数据表中规定的 MOSFET的稳态情况下结到外部的热阻。
    确定ID 额定值的公式法
    下例以Si7884DP 为基础,其采用PowerPAK® SO-8 封装的40V MOSFET。
    Si7884DP 为基础,其采用PowerPAK® SO-8 封装的40V MOSFET
    从“绝对最大额定值”表,我们获得以下值:
    Si7884DP 为基础,其采用PowerPAK® SO-8 封装的40V MOSFET
    ID = SQR ROOT OF (150-25)/(0.007x1.8)x65 = 12 A
    “绝对最大额定值”表规定在TA 为25 ℃条件下, ID 稳态值为12A。该公式还可用RthJC 代替分母RthJA。数据表提供的RthJC 值是最佳热阻值,而RthJA 值通常更能代表实际电路板版图情况。因此,设计者可计算出一个范围,确定器件工作的界限。Vishay 通常提供RthJA 值,以FR4 电路板(用2 oz或更多的铜为焊盘)上的1 英寸X1 英寸的PCB 面积为基础,确定最差条件值。由于在当今大多数的电路板设计中, PCB版图甚至会采用更小的规则,计算出每个可能设计的值是不切实际的,因此, Vishay 采用标准的1 英寸X1 英寸条件来计算RthJA 额定值。该公式也可写成TJ = TA + ID² x rDS(on) x RthJA, 得出的结果相同;不过,这种方法便于更加轻松地了解工作时的动态变化情况。
    ID² x rDS(on) 可计算出功耗(W)。RthJA 的单位是 ℃ /W。功率与热阻乘积的单位为℃,因为瓦特(W)被抵消了。将该值加到单位同样为℃的TA 上,会使结温(TJ)升高。只要该值低于最大额定值(例如150 ℃),所设计器件的结温就会位于MOSFET 安全工作范围之内。通常情况下,设计工程师会采用小于最大结温的值,例如相当于最大结温的80 %,以便设计器件的结温不会接近最大值。这是一种很好的做法,Vishay 建议采用这种方式。
    确定ID 额定值的封装限制法
    确定MOSFET ID额定值的第二种方法是确定封装可耐多大的电流。这是在“绝对最大额定值”表中输入额定值之前采取的下一步。使用标准电流计算法得出电流值后,工程师将确定封装是否能够经受这么高的电流。对导通电阻rDS(on) 额定值较高的MOSFET 而言,通常采用公式计算法就足够。不过,对于通态电阻rDS(on) 额定值超低的MOSFET 而言,算出的值通;岣哂贛OSFET 封装的电流处理能力。MOSFET 封装最薄弱的部分是将硅晶片与引线框键合在一起的引线。根据引线的材料和引线的数量,可确定引线承载电流的值。如果电流超过该值,引线就会熔化,导致整个器件
    出现毁灭性的损坏。为强化封装的这部分,利用引线夹代替引线。引线夹通常具备更强的电流承载能力,因为其金属用量更多。不过,可根据硅晶片的尺寸选用不同的引线夹,这意味着电流处理能力也会发生变化。除依据数据表中的最大ID 额定值,没有其他参考值。如果额定值低于设计人员计算出的值,封装处理能力应计入额定值。
    确定ID 额定值的测量法
    确定MOSFET 的最大ID 额定值的第三种方法是通过给器件施加大电流直至击穿,使器件损坏来获得。这种方法通常用于确定脉冲漏极电流值(IDM),但也可用于确定连续电流额定值。
    如果采用这种方法,MOSFET 将达到饱和状态,不会再有更多的电流通过该器件。在典型尺寸样品器件上测量该值后,该额定值将作为数据表中的额定值(带有安全裕度) 。该安全裕度可达到50%。
    结论
    有三种方法可用于确定Vishay MOSFET 产品的ID 额定值:公式、封装限制和实际测量。数据表提供的数值是基于这三种方法得出的极限值。不同应用的条件可能不尽相同,但可成为设计人员了解器件限制条件的出发点。遵守相关限制要求,将有助于设计师确保MOSFET 以鲁棒而可靠的工作状态在工作范围内良好的运行。
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