代码收藏家技术教程 2024-09-12

【顾邦小讲堂】第三期深度解析：功率MOSFET规格书参数与图表详解*（2）

带你深入理解功率MOSFET规格书中参数和图表

上一期我们学习了MOSFET V(BR)DSS的特性以及测试条件，就今天我们来看一下MOSFET另一个非常重要的技术参数，那就是RDS_ON

功率MOSFET有一个重要指标就是FOM，FOM的定义为

这个指标往往用于表征同一耐压等级下MOSFET的性能高低。随着现代半导体工艺越来越先进，FOM值也越来越小。它在一定程度上能反应MOSFET的功耗情况。同一工艺水平下，不同的MOSFET之间FOM值相差不大。

对于电源工程师，选取合适的MOSFET时，RDS_ON是除了V(BR)DSS之外另一个最重要的参数。

一般规格书上会看到好几个不同的RDS_ON，有典型值、最大值、不同温度下的数值

顾邦半导体的超结MOSFET的规格书中详细列写了功率MOSFET在测试条件下的典型值、最大值以及高温情况下的数值。从上表可以看出，RDS_ON的数值也是在特定条件下测得的。比如GBS60037的RDS_ON测试条件是VGS=10V，ID=25A。那么MOSFET的RDS_ON都与哪些条件相关呢，我们一一道来。

RDS_ON与器件的结温息息相关，从下表可以看出随着结温的升高，RDS_ON数值越来越大，这种特性给MOSFET的应用带来了好处也有不好之处。

好处：使MOSFET易于并联使用。在并联应用中如果其中一颗器件功耗较大温升较高，那么它的RDS_ON会增大，从而在导通时流过更少电流，从而达到均流的效果
不好之处：随着RDS_ON增大，势必导致损耗增大，而损耗的增大带来更高的温升，因此当处于高温运行时，有时这种正反馈效果会导致MOSFET因温升失控而损坏。因此各个电源厂家在设计时会保证MOSFET的结温有一定的降额使用裕量，大部分都选择在最恶劣工况下控制在结温120~125℃之内，这是一个很有效的防止结温失控的手段。

因此工程师在选择合适内阻的MOSFET时，更需要关注100℃-125℃结温下的RDS_ON

RDS_ON与栅极驱动电压息息相关。从下图可以看出，在同样的测试条件下，随着栅源驱动电压的上升，RDS_ON越来越小，那么是不是说只要保证在栅源电压不超过耐压极限，栅极驱动电压越高越好呢？答案是否定的，原因有三条：

当栅极驱动电压超过10V时，随着栅极电压增大，RDS_ON的变化已经很小了，从图中可以看出，Vgs=10V和Vgs=20V的RDS_ON曲线是很接近的。
栅极驱动电路也有损耗，这个损耗与栅极驱动电压的平放成正比，当电源工作频率较低时这个损耗可以忽略，但随着现代电力电子技术的发展，电源工作频率越来越高，这个损耗开始变得不可忽视。
电源设计中一般给电源内各个功能电路、主控芯片或者驱动电路的供电是由辅源统一来提供的，在设计辅源的输出电压时要综合考虑所有被供电芯片的耐压以及其他功能电路的电压需求，而非仅仅考虑MOSFET的驱动电压。

综合以上三条，电源中MOSFET的驱动电压一般设计在12V-15V是一个比较优化的考量。

RDS_ON与流过MOSFET沟道的电流也有关系，随着沟道电流的增大，RDS_ON会缓慢增加，直到某一拐点后会急剧增大，而这个拐点就是MOSFET的输出特性曲线中的线性区和饱和区的交点处。由于在开关电源的设计中，MOSFET在导通时均工作于线性区，漏极电流远小于拐点，因此RDS_ON随漏极电流的变化几乎可以忽略。

一个优秀的电源设计工程师，在选取合适内阻的MOSFET时会综合考虑功耗（包括导通损耗、开关损耗以及驱动损耗）、驱动电压、以及后续我们会讲到的热阻以及与之息息相关的温升等条件。当然还有一个重要指标就是成本，小TIPS给到大家：一般同系列的MOSFET，RDS_ON越小，价格越高哦。

以上就是我们深入理解MOSFET规格书第二期，本期着重介绍了RDS_ON这个参数。下期我们将带来热阻以及ID的解读，敬请期待。

另外后续我们也会推出另外一个系列，讲述MOSFET的应用指南，主要内容包括MOSFET功耗的计算、结温的计算、RC snubber的设计等内容，希望大家会喜欢。