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。

从“绝对最大额定值”表，我们获得以下值：

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，算出的值通常会高于MOSFET 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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