深入解析FDD86250_F085 N-Channel Shielded Gate PowerTrench? MOSFET

在電子工程師的日常工作中，MOSFET（金屬 - 氧化物 - 半導體場效應(yīng)晶體管）是一種極為常見且關(guān)鍵的電子元件。今天，我們要詳細探討的是 ON Semiconductor（現(xiàn) onsemi）推出的 FDD86250_F085 N-Channel Shielded Gate PowerTrench? MOSFET。

文件下載：FDD86250_F085-D.PDF

一、產(chǎn)品概述

FDD86250_F085 是一款 N 溝道屏蔽柵 PowerTrench? MOSFET，具備 150V 的耐壓能力、50A 的電流處理能力以及 22mΩ 的導通電阻。它具有諸多出色的特性，適用于多種應(yīng)用場景。

1. 產(chǎn)品特性

• 低導通電阻：在 (V{GS}=10V)、(I{D}=20A) 的條件下，典型 (R_{DS(on)}=19.4mΩ)。低導通電阻意味著在導通狀態(tài)下，MOSFET 的功率損耗較小，能夠有效提高電路的效率。
• 低柵極電荷：在 (V{GS}=10V)、(I{D}=40A) 時，典型 (Q_{g(tot)}=28nC)。低柵極電荷可以減少開關(guān)過程中的能量損耗，提高開關(guān)速度。
• UIS 能力：具備單脈沖雪崩能量能力，起始 (T{J}=25^{circ}C)，(L = 0.1mH)，(I{AS}=40A)，(V{DD}=135V) 時，單脈沖雪崩能量 (E{AS}=80mJ)。這使得該 MOSFET 在面對感性負載時，能夠承受一定的雪崩能量，保證電路的可靠性。
• RoHS 合規(guī)：符合 RoHS 標準，意味著該產(chǎn)品在環(huán)保方面符合相關(guān)要求，減少了對環(huán)境的影響。
• AEC Q101 認證：經(jīng)過 AEC Q101 認證，適用于汽車電子等對可靠性要求較高的應(yīng)用場景。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

• 汽車發(fā)動機控制：在汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)中，需要精確控制電流和電壓，F(xiàn)DD86250_F085 的低導通電阻和高可靠性能夠滿足發(fā)動機控制的需求。
• 動力總成管理：用于管理汽車動力總成系統(tǒng)中的功率分配，確保系統(tǒng)的高效運行。
• 螺線管和電機驅(qū)動：可以為螺線管和電機提供穩(wěn)定的驅(qū)動電流，實現(xiàn)精確的控制。
• 集成啟動器/交流發(fā)電機：在集成啟動器/交流發(fā)電機系統(tǒng)中，該 MOSFET 能夠有效地控制電流的通斷，提高系統(tǒng)的性能。
• 分布式電源架構(gòu)和 VRM：適用于分布式電源架構(gòu)和電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM），為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。
• 12V 系統(tǒng)的主開關(guān)：作為 12V 系統(tǒng)的主開關(guān)，能夠可靠地控制電路的通斷。

二、產(chǎn)品參數(shù)

1. 最大額定值

2. 電氣特性

截止特性

• (BV_{DSS})（漏源擊穿電壓）：當 (I{D}=250μA)，(V{GS}=0V) 時，(BV_{DSS}=150V)。
• (I_{DSS})（漏源泄漏電流）：在 (V{DS}=150V)，(T{J}=25^{circ}C)，(V{GS}=0V) 時，(I{DSS}leq1μA)；在 (T{J}=175^{circ}C) 時，(I{DSS}leq1mA)。
• (I_{GSS})（柵源泄漏電流）：當 (V{GS}=±20V) 時，(I{GSS}=±100nA)。

導通特性

• (V_{GS(th)})（柵源閾值電壓）：當 (V{GS}=V{DS})，(I{D}=250μA) 時，(V{GS(th)}) 在 2 - 4V 之間。
• (R_{DS(on)})（漏源導通電阻）：在 (I{D}=20A)，(T{J}=25^{circ}C)，(V{GS}=10V) 時，(R{DS(on)}=19.4mΩ)；在 (T{J}=175^{circ}C) 時，(R{DS(on)}) 在 56 - 62mΩ 之間。

動態(tài)特性

• (C_{iss})（輸入電容）：在 (V{DS}=75V)，(V{GS}=0V)，(f = 1MHz) 時，(C_{iss}=1900pF)。
• (C_{oss})（輸出電容）：(C_{oss}=169pF)。
• (C_{rss})（反向傳輸電容）：(C_{rss}=10pF)。
• (R_{g})（柵極電阻）：(f = 1MHz) 時，(R_{g}=0.5Ω)。
• (Q_{g(tot)})（總柵極電荷）：當 (V{GS}=0) 到 10V，(V{DD}=120V)，(I{D}=40A) 時，(Q{g(tot)}=28nC)。
• (Q_{g(th)})（閾值柵極電荷）：當 (V{GS}=0) 到 2V 時，(Q{g(th)}=4nC)。
• (Q_{gs})（柵源柵極電荷）：(Q_{gs}=11nC)。
• (Q_{gd})（柵漏“米勒”電荷）：(Q_{gd}=7nC)。

開關(guān)特性

• (t_{on})（導通時間）：(t_{on}=64ns)。
• (t_{d(on)})（導通延遲時間）：在 (V{DD}=75V)，(I{D}=40A)，(V{GS}=10V)，(R{GEN}=6Ω) 時，(t_{d(on)}=14ns)。
• (t_{r})（上升時間）：(t_{r}=34ns)。
• (t_{d(off)})（關(guān)斷延遲時間）：(t_{d(off)}=23ns)。
• (t_{f})（下降時間）：(t_{f}=5ns)。
• (t_{off})（關(guān)斷時間）：(t_{off}=37ns)。

漏源二極管特性

• (V_{SD})（源漏二極管電壓）：當 (I{SD}=40A)，(V{GS}=0V) 時，(V{SD}) 在 0.9 - 1.25V 之間；當 (I{SD}=20A)，(V{GS}=0V) 時，(V{SD}) 在 0.8 - 1.2V 之間。
• (t_{rr})（反向恢復(fù)時間）：在 (V{DD}=120V)，(I{F}=40A)，(dI{SD}/dt = 100A/μs) 時，(t{rr}) 在 91 - 137ns 之間。
• (Q_{rr})（反向恢復(fù)電荷）：(Q_{rr}) 在 237 - 355nC 之間。

三、典型特性曲線分析

文檔中給出了多個典型特性曲線，這些曲線對于工程師理解 MOSFET 的性能和應(yīng)用非常重要。

1. 歸一化功率耗散與殼溫的關(guān)系

從 Figure 1 可以看出，隨著殼溫的升高，功率耗散會逐漸降低。這是因為溫度升高會導致 MOSFET 的電阻增加，從而增加功率損耗。在設(shè)計電路時，需要考慮到溫度對功率耗散的影響，確保 MOSFET 在安全的功率范圍內(nèi)工作。

2. 最大連續(xù)漏極電流與殼溫的關(guān)系

Figure 2 展示了最大連續(xù)漏極電流隨殼溫的變化情況。隨著殼溫的升高，最大連續(xù)漏極電流會逐漸減小。這是由于溫度升高會導致 MOSFET 的性能下降，為了保證 MOSFET 的安全運行，需要降低其工作電流。

3. 歸一化最大瞬態(tài)熱阻抗與脈沖持續(xù)時間的關(guān)系

Figure 3 反映了不同占空比下歸一化最大瞬態(tài)熱阻抗與脈沖持續(xù)時間的關(guān)系。在設(shè)計電路時，需要根據(jù)脈沖持續(xù)時間和占空比來選擇合適的散熱措施，以確保 MOSFET 的溫度在安全范圍內(nèi)。

4. 峰值電流能力與脈沖持續(xù)時間的關(guān)系

Figure 4 顯示了峰值電流能力隨脈沖持續(xù)時間的變化。在短脈沖情況下，MOSFET 能夠承受較高的峰值電流；而在長脈沖情況下，峰值電流會受到限制。工程師在設(shè)計電路時，需要根據(jù)實際的脈沖情況來確定 MOSFET 的峰值電流能力。

5. 正向偏置安全工作區(qū)

Figure 5 給出了正向偏置安全工作區(qū)的曲線。在這個區(qū)域內(nèi)，MOSFET 能夠安全地工作，不會出現(xiàn)過熱或損壞的情況。工程師在設(shè)計電路時，需要確保 MOSFET 的工作點在安全工作區(qū)內(nèi)。

6. 非鉗位電感開關(guān)能力

Figure 6 展示了非鉗位電感開關(guān)能力的曲線。該曲線反映了 MOSFET 在感性負載下的開關(guān)性能，對于設(shè)計含有感性負載的電路非常重要。

7. 轉(zhuǎn)移特性、正向二極管特性、飽和特性等

Figure 7 - Figure 10 分別展示了轉(zhuǎn)移特性、正向二極管特性、飽和特性等曲線。這些曲線可以幫助工程師了解 MOSFET 在不同工作條件下的性能，從而更好地進行電路設(shè)計。

8. (R_{DS(on)}) 與柵極電壓、結(jié)溫的關(guān)系

Figure 11 和 Figure 12 分別展示了 (R{DS(on)}) 與柵極電壓和結(jié)溫的關(guān)系。隨著柵極電壓的增加，(R{DS(on)}) 會減小；隨著結(jié)溫的升高，(R{DS(on)}) 會增加。在設(shè)計電路時，需要考慮到這些因素對 (R{DS(on)}) 的影響，以確保電路的性能。

9. 歸一化柵極閾值電壓、漏源擊穿電壓與溫度的關(guān)系

Figure 13 和 Figure 14 分別展示了歸一化柵極閾值電壓和漏源擊穿電壓與溫度的關(guān)系。隨著溫度的升高，柵極閾值電壓和漏源擊穿電壓會發(fā)生變化。工程師在設(shè)計電路時，需要考慮到這些變化對電路性能的影響。

10. 電容與漏源電壓、柵極電荷與柵源電壓的關(guān)系

Figure 15 和 Figure 16 分別展示了電容與漏源電壓、柵極電荷與柵源電壓的關(guān)系。這些曲線可以幫助工程師了解 MOSFET 的電容特性和柵極電荷特性，從而更好地進行電路設(shè)計。

四、封裝與訂購信息

五、注意事項

在使用 FDD86250_F085 MOSFET 時，需要注意以下幾點：

1. 參數(shù)驗證：文檔中給出的“典型”參數(shù)在不同的應(yīng)用中可能會有所變化，實際性能也可能隨時間而變化。因此，所有的工作參數(shù)，包括“典型”參數(shù)，都需要由客戶的技術(shù)專家針對每個客戶應(yīng)用進行驗證。
2. 應(yīng)用限制：該 MOSFET 不適合用于生命支持系統(tǒng)、FDA Class 3 醫(yī)療設(shè)備或具有相同或類似分類的醫(yī)療設(shè)備，以及任何用于人體植入的設(shè)備。如果買方將該產(chǎn)品用于這些非預(yù)期或未經(jīng)授權(quán)的應(yīng)用，買方應(yīng)承擔相應(yīng)的責任。
3. 溫度影響：溫度對 MOSFET 的性能有很大影響，在設(shè)計電路時需要充分考慮溫度因素，采取適當?shù)纳岽胧?，確保 MOSFET 在安全的溫度范圍內(nèi)工作。

總之，F(xiàn)DD86250_F085 N-Channel Shielded Gate PowerTrench? MOSFET 是一款性能出色的 MOSFET，具有低導通電阻、低柵極電荷、UIS 能力等優(yōu)點，適用于多種應(yīng)用場景。工程師在使用該產(chǎn)品時，需要充分了解其參數(shù)和特性，根據(jù)實際需求進行合理的設(shè)計和應(yīng)用。大家在實際應(yīng)用中有沒有遇到過類似 MOSFET 的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。