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被疏忽的细节:了解MOSFET额外电压BVDSS

看到这个主题,可能有些工程师会问:多少伏的功率MOSFET,耐压BVDSS不就是多少伏吗?这里面还有什么被忽略的内容?细节决定技术,今天研究功率MOSFET数据表中BVDSS所隐藏的一些有意思的细

  看到这个主题,或许有些工程师会问:多少伏的功率MOSFET,耐压BVDSS不便是多少伏吗?这儿边还有什么被疏忽的内容?细节决议技能,今日研讨功率MOSFET数据表中BVDSS所躲藏的一些有意思的细节,来了解这个参数所设定的意义。

  数据表中漏源击穿电压BVDSS一般界说为漏电流为250uA时漏极到源极的电压,漏极到源极的漏电流标明为IDSS。数据表中标称BVDSS电压是在栅极和源极S短路、25℃的作业温度、漏极和源极不产生雪崩击穿时,所能施加的最大的额外电压,测验的电路如图1所示。关于雪崩击穿问题将在雪崩能量的相关章节专门的评论。

  

 

  图1:BVDSS测验电路

  功率MOSFET的耐压由结构中低掺杂层的外延层epi厚度N-决议。功率MOSFET的N+源极和P-体区构成的结经过金属物短路,然后防止寄生三极管的意外导通。当栅极没有加驱动电压时,功率MOSFET经过反向偏置的P-体区和N-的epi层构成的PN结接受高的漏极电压。在高压器材中绝大部分电压由低掺杂的epi层来接受:厚的、低掺杂的epi层能够接受更高的击穿耐压,可是添加了导通电阻。

  在低压器材中,P-体区掺杂程度和N-的epi层差不多,也能够接受电压。假如P-体区的厚度不行,高掺杂太高,耗尽区能够由通孔到达N源极区,然后降低了击穿电压值。假如P-体区的厚度太大,高掺杂不行,沟道的电阻和阈值电压将增大。因而需求细心的规划P-体区、epi掺杂和厚度以优化其功能。

  在MOSFET数据表中标有测验条件,当测验条件不一起,成果会不同,如下图所示,标出了5个不同的产品的测验条件。标明测验条件的原因在于,当不同的操作者在不同的时刻进行测验时,成果是能够重复的,这也是研制工程师编写测验成果和陈述的时分,一个最基本的要求。

  从表中看到差异了吗?5个不同的产品,测验条件ID的值,有的用250uA,有的用1mA,有的乃至有用10mA。有一次和深圳航嘉工程师沟通时分,一位十分有经历的收购工程师吴夏,也留意到这个问题。那么,为什么会选用不同的测验条件?

  

 

  

 

  丈量BVDSS便是功率MOSFET的D、S加电压时,从原理上相当于内部的寄生二极管作业在反向特性区,如图所示,当测验的IDSS值越大,所得到的BVDSS电压值越高。因而运用不同的测验标准时,实践的功能会有较大的差异,也便是当改用更大的测验电流的时分,所得到的名义电压更高,到这儿我们理解了为什么有些公司会选用不同的丈量标准,那么这种办法会被认同吗?

  

 

  图2:二极管反向特性区

  漏源极击穿电压BVDSS有正温度系数,温度添加,BVDSS也添加。因为跟着温度的升高,晶格的热振荡加重,致使载流子运动的均匀自在旅程缩短。因而,在与原子磕碰前由外加电场加快取得的能量减小,产生磕碰电离的或许性也相应减小。MOSFET耐压的丈量根据必定的漏极电流,温度升高时,为了到达相同的丈量漏极电流,在这种情况下,只要进步反向电压,进一步增强电场,才干到达要求的测验电流值。所以,表面上看起来,温度添加,丈量得到的耐压也相应的进步。

  温度系数不同公司的标示办法也不同,如下图所示,有些公司直接在表格中列出数值,有些公司运用图表。相同能够看到,测验条件也不同,丈量时ID的值有的用250uA,有的用1mA,相同的,不同测验条件成果也会不相同,那么我们以为测验时选用的IDSS越大仍是越小,温度系数越小呢?

  

 

  

 

  BVDSS具有正的温度系数,温度高,功率MOSFET的耐压高,那是不是标明MOSFET对电压尖峰有更大的裕量,更安全?因为MOSFET损坏的终究原因是温度,更多时分是芯片内部部分单元的过温,导致部分的过热损坏,在芯片全体温度进步的条件下,MOSFET更容易产生单元的热和电流不平衡,然后导致损坏。

  在实践使用中,应该根据体系最恶劣条件下来考虑击穿电压。挑选漏源极电压BVDSS的基本原则为:在实践作业环境中,在动态的极点条件下,瞬态的电压峰值不要超越MOSFET的额外值。有些客户的要求,最大的峰值漏源极的电压最多不大于器材标准书中标称漏源击穿电压的90%。有时分一些用户会选用更低的、80%的降额要求。

  别的,在丈量MOSFET的DS的电压时分,要确保正确的丈量办法。

  (1)好像丈量输出电压的纹波相同,一切工程师都知道,要去除示波器探头的帽子,直接将探头的信号顶级和地线触摸被丈量方位的两头,减小地线的环路,然后减小空间耦合的搅扰信号。

  (2)带宽的问题,丈量输出电压纹波的时分,一般用20MHZ的带宽,可是,丈量MOSFET的VDS电压时分,用多少带宽才是正确的丈量办法?事实上,假如用不同的带宽,丈量到的尖峰电压的幅值是不同的。详细原则是:

  ①确认被丈量信号的最快上升Tr和下降时刻Tf;

  ②核算最高的信号频率:f=0.5/Tr,Tr取丈量信号的10%~90%;f=0.4/Tr,Tr取丈量信号的20%~80%;

  ③确认所需的丈量精确度,然后核算所需的带宽。

  

 

  例如:在波形中,被丈量信号最快的下降时刻为2ns(10%~90%),判别一个高斯呼应示波器在丈量被测数字信号时所需的最小带宽:

  fB=0.5/2ns=250MHz

  若要求3%的丈量误差,所需示波器带宽:

  fB=1.9*250=475MHz

  若要求20%的丈量误差:所需示波器带宽:

  fB=1.0*250=250MHz

  因而,决议示波器带宽的重要因素是:被测信号的最快上升时刻。留意:示波器的体系带宽由示波器带宽和探头带宽一起决议。

  高斯频响的体系带宽:(示波器带宽2+探头带宽2)1/2/2

  最大平整频响体系带宽:min(示波器带宽,探头带宽)

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