BMS设计中的短路保护和MOSFET选型(下)

二、MOSFET参数

1、电气参数

(1)VGS :加在栅源两极之间的最大电压,一般为:-20V-+20V。

VGS额定电压是栅源两极间可以施加的最大电压。设定该额定电压的主要目的是防止电压过高导致的栅氧化层损伤。实际栅氧化层可承受的电压远高于额定电压,但是会随制造工艺的不同而改变,因此保持VGS在额定电压以内可以保证应用的可靠性。

(2)ID :连续漏极电流,会随温度的升高而降低。

ID定义为芯片在最大额定结温TJ(max)下,管表面温度在25℃或者更高温度下,可允许的最大连续直流电流。该参数为结与管壳之间额定热阻RθJC和管壳温度的函数:这就是稳态系统散热的计算公式。

ID中并不包含开关损耗,并且实际使用时保持管表面温度在25℃(Tcase)也很难。因此,硬开关应用中实际开关电流通常小于ID 额定值@ TC = 25℃的一半,通常在1/3~1/4。补充,如果采用热阻JA的话可以估算出特定温度下的ID,这个值更有现实意义。

(3)IDM :脉冲漏极电流,体现一个抗冲击能力,跟脉冲时间也有关系。

该参数反映了器件可以处理的脉冲电流的高低,脉冲电流要远高于连续的直流电流。定义IDM的目的在于:线的欧姆区。对于一定的栅-源电压,MOSFET导通后,存在最大的漏极电流。如图所示,对于给定的一个栅-源电压,如果工作点位于线性区域内,漏极电流的增大会提高漏-源电压,由此增大导通损耗。长时间工作在大功率之下,将导致器件失效。因此,在典型栅极驱动电压下,需要将额定IDM设定在区域之下。区域的分界点在Vgs和曲线相交点。

因此需要设定电流密度上限,防止芯片温度过高而烧毁。这本质上是为了防止过高电流流经封装引线,因为在某些情况下,整个芯片上最“薄弱的连接”不是芯片,而是封装引线。

考虑到热效应对于IDM的限制,温度的升高依赖于脉冲宽度,脉冲间的时间间隔,散热状况,RDS(on)以及脉冲电流的波形和幅度。单纯满足脉冲电流不超出IDM上限并不能保证结温不超过最大允许值。可以参考热性能与机械性能中关于瞬时热阻的讨论,来估计脉冲电流下结温的情况。

(4)FoM:品质因数、

是 RDS(on) 和 QG 的乘积,说明了 MOSFET 的传导损耗和开关损耗。因此,MOS管的效率取决于 RDS(on) 和 QG

2、静态参数

(1)V(BR)DSS :漏源击穿电压,当 Vgs=0V 时, MOS 的 D、S端所能承受的最大电压。

在栅源短接,漏-源额定电压(VDSS)是指漏-源未发生雪崩击穿前所能施加的最大电压。在超过 MOSFET 的击穿电压时,通常会发生雪崩,这通常是由于非钳位电感开关 (UIS) 造成的,实际上,在大电流应用中,由于 MOSFET 封装和 PCB 走线中的寄生电感或变压器漏感(例如在反激式转换器中),会导致关断瞬态高压。

根据温度的不同,V(BR)DSS 随温度略有增加。实际雪崩击穿电压可能低于额定VDSS。关于V(BR)DSS的详细描述请参见静电学特性。

(2)IDSS:零栅压漏极电流,饱和漏源漏电流,是指在当栅源电压 VGS= 0 时,在特定的漏源电压下的漏源之间泄漏电流。

IDSS是指在当栅源电压为零时,在特定的漏源电压下的漏源之间泄漏电流。既然泄漏电流随着温度的增加而增大,IDSS在室温和高温下都有规定。漏电流造成的功耗可以用IDSS乘以漏源之间的电压计算,通常这部分功耗可以忽略不计。

(3)IGSS:栅源正向漏电流

IGSS是指在特定的栅源电压情况下流过栅极的漏电流。

(4)RDS(on):导通电阻

RDS(on)是指在特定的漏电流(通常为ID电流的一半)、栅源电压和25℃的情况下测得的漏-源电阻。

(5)VGS(th),VGS(off):阈值电压

应用中,常将漏极短接条件下 ID 等于 1 毫安时的栅极电压称为开启电压。此参数一般会随结温度的上升而有所降低。

VGS(th)是指加的栅源电压能使漏极开始有电流,或关断MOSFET时电流消失时的电压,测试的条件(漏极电流,漏源电压,结温)也是有规格的。正常情况下,所有的MOS栅极器件的阈值电压都会有所不同。因此,VGS(th)的变化范围是规定好的。VGS(th)是负温度系数,当温度上升时,MOSFET将会在比较低的栅源电压下开启。

3、动态参数

(1)Qg:栅极总充电电荷量

栅电荷值反应存储在端子间电容上的电荷,既然开关的瞬间,电容上的电荷随电压的变化而变化,

Qgs从0电荷开始到第一个拐点处,Qgd是从第一个拐点到第二个拐点之间部分(也叫做“米勒”电荷),Qg是从0点到VGS等于一个特定的驱动电压的部分。

漏电流和漏源电压的变化对栅电荷值影响比较小,而且栅电荷不随温度的变化。测试条件是规定好的。栅电荷的曲线图体现在数据表中,包括固定漏电流和变化漏源电压情况下所对应的栅电荷变化曲线。在图中平台电压VGS(pl)随着电流的增大增加的比较小(随着电流的降低也会降低)。平台电压也正比于阈值电压,所以不同的阈值电压将会产生不同的平台电压。

(2)Qgs:栅源充电电荷量

(3)Qgd:栅极漏极充电电荷量

(4)Ciss:输入电容, Ciss=Cgd+Cgs

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