深入解析 onsemi FDS2572 N 溝道 MOSFET
深入解析 onsemi FDS2572 N 溝道 MOSFET
在電力轉換應用中，MOSFET 作為關鍵元件，其性能直接影響著整個系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。今天，我們就來詳細剖析 onsemi 推出的 FDS2572 N 溝道 MOSFET，看看它在實際應用中究竟有哪些獨特之處。
文件下載：FDS2572-D.PDF
產品概述
FDS2572 是一款 150V、4.9A 的 N 溝道 UltraFET TRENCH MOSFET。UltraFET 系列器件結合了多種特性，能夠在功率轉換應用中實現(xiàn)卓越的效率。它針對低導通電阻（(R_{DS(on)})）、低等效串聯(lián)電阻（ESR）、低總柵極電荷和米勒柵極電荷進行了優(yōu)化，非常適合高頻 DC - DC 轉換器。
產品特性
低導通電阻
在 (V{GS}=10V) 時，典型 (R{DS(on)}) 僅為 0.040 mΩ，這意味著在導通狀態(tài)下，MOSFET 的功率損耗更低，從而提高了系統(tǒng)的效率。
低柵極電荷
總柵極電荷 (Q{g(TOT)}) 在 (V{GS}=10V) 時典型值為 29 nC，低柵極電荷使得 MOSFET 的開關速度更快，減少了開關損耗，尤其適用于高頻應用。
低反向恢復電荷 (Q_{RR}) 體二極管
低 (Q_{RR}) 的體二極管有助于減少反向恢復過程中的能量損耗，進一步提高了高頻下的效率。
高頻率下的最大效率
該器件經過優(yōu)化，能夠在高頻率下實現(xiàn)最大效率，滿足現(xiàn)代電力轉換系統(tǒng)對高頻工作的需求。
UIS 額定
具備 UIS（非鉗位感性開關）額定值，能夠承受感性負載開關時產生的高能量沖擊，提高了器件的可靠性。
環(huán)保設計
FDS2572 是無鉛和無鹵的，符合環(huán)保要求。
典型應用
DC - DC 轉換器
由于其低導通電阻和低柵極電荷的特性，F(xiàn)DS2572 非常適合用于 DC - DC 轉換器，能夠提高轉換效率，減少功率損耗。
電信和數(shù)據(jù)通信分布式電源架構
在電信和數(shù)據(jù)通信領域，對電源的效率和穩(wěn)定性要求較高，F(xiàn)DS2572 可以滿足這些需求，為分布式電源架構提供可靠的支持。
48 伏輸入半橋/全橋、24 伏正激和推挽拓撲
在這些特定的拓撲結構中，F(xiàn)DS2572 的性能優(yōu)勢能夠得到充分發(fā)揮，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
電氣特性
絕對最大額定值
- 漏源電壓 (V_{DSS})： 150V
- 柵源電壓 (V_{GS})： ±20V
- 連續(xù)漏極電流 (I_D)： 在 (TC = 25°C)、(V{GS}=10V)、(R_{JA}=50°C/W) 時為 4.9A；在 (TC = 100°C)、(V{GS}=10V)、(R_{JA}=50°C/W) 時為 3.1A
- 脈沖漏極電流： 更高的脈沖電流能力，能夠應對瞬間的高負載需求。
- 功率耗散 (P_D)： 在 (T_C = 25°C) 時為 2.5W，溫度每升高 1°C，功率耗散降額 20mW。
- 工作和存儲結溫范圍 (TJ)、(T{stg})： -55 至 +150°C
電氣特性參數(shù)
| 參數(shù) | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 關斷特性 | |||||
| 漏源擊穿電壓 (B_{VDS}) | (ID = 250μA)，(V{GS}=0V) | 150 | - | - | V |
| 零柵壓漏極電流 (I_{DSS}) | (V_{DS}=120V)，(T_C = 150°C) | - | - | 1 | μA |
| 柵源泄漏電流 (I_{GSS}) | (V_{GS}=±20V) | - | - | ±100 | nA |
| 導通特性 | |||||
| 柵源閾值電壓 (V_{GS(th)}) | (V{GS}=V{DS})，(I_D = 250μA) | 2 | - | 4 | V |
| 漏源導通電阻 (R_{DS(on)}) | (ID = 4.9A)，(V{GS}=10V) | 0.040 | 0.047 | - | mΩ |
| 動態(tài)特性 | |||||
| 輸入電容 (C_{iss}) | (V{DS}=25V)，(V{GS}=0V)，(f = 1MHz) | - | 2050 | 2870 | pF |
| 輸出電容 (C_{oss}) | - | - | 220 | 310 | pF |
| 反向傳輸電容 (C_{rss}) | - | - | 48 | 80 | pF |
| 柵極電阻 (R_g) | - | 0.1 | 1.3 | 3.0 | Ω |
| 總柵極電荷 (Q_{g(TOT)})（10V 時） | (V{GS}=0V) 至 10V，(V{DD}=75V)，(I_D = 4.9A)，(I_g = 1.0mA) | 29 | - | 38 | nC |
| 閾值柵極電荷 (Q_{g(TH)}) | (V{GS}=0V) 至 2V，(V{DD}=75V)，(I_D = 4.9A)，(I_g = 1.0mA) | - | 4 | 6 | nC |
| 柵源柵極電荷 (Q_{gs}) | - | - | 8 | - | nC |
| 柵漏“米勒”電荷 (Q_{gd}) | (V_{DD}=75V)，(I_D = 4.9A)，(I_g = 1.0mA) | - | 6 | - | nC |
| 柵極電荷閾值至平臺 (Q_{gs2}) | - | - | 4 | - | nC |
| 開關特性 | |||||
| 導通時間 (t_{ON}) | (V_{DD}=75V)，(ID = 4.9A)，(V{GS}=10V)，(R_G = 10Ω) | - | 27 | - | ns |
| 導通延遲時間 (t_{d(ON)}) | - | - | 14 | - | ns |
| 上升時間 (t_r) | - | - | 4 | - | ns |
| 關斷延遲時間 (t_{d(OFF)}) | - | - | 44 | - | ns |
| 下降時間 (t_f) | - | - | 22 | - | ns |
| 關斷時間 (t_{OFF}) | - | - | 100 | - | ns |
| 漏源二極管特性 | |||||
| 反向恢復電荷 (Q_{RR}) | (I{SD}=4.9A)，(dI{SD}/dt = 100A/μs) | - | - | - | - |
熱特性
熱阻
- 結到殼熱阻 (R_{θJC})： 25°C/W
- 10 秒時結到環(huán)境熱阻 (R_{θJA})： 50°C/W
- 穩(wěn)態(tài)時結到環(huán)境熱阻 (R_{θJA})： 85°C/W
熱阻與安裝焊盤面積的關系
在使用表面貼裝器件（如 SO8 封裝）時，安裝焊盤面積、電路板層數(shù)、是否使用外部散熱器、空氣流動和電路板方向等因素都會對器件的電流和最大功率耗散額定值產生顯著影響。onsemi 提供了熱信息，幫助設計師進行初步的應用評估。通過圖 19 可以查找到不同頂部銅面積對應的熱阻 (R{JA})，也可以使用公式 (R{JA}=64 + 26/(0.23 + Area)) 進行計算。
模型與測試電路
電氣模型
提供了 PSPICE 和 SABER 電氣模型，方便工程師在電路仿真中使用。這些模型包含了詳細的元件參數(shù)和特性，能夠準確模擬 FDS2572 在不同工作條件下的性能。
熱模型
提供了 SPICE 和 SABER 熱模型，用于模擬器件的熱特性。不同的銅面積對應不同的熱模型參數(shù)，通過這些模型可以更準確地評估器件在不同散熱條件下的溫度分布和熱性能。
測試電路和波形
文檔中還給出了非鉗位能量測試電路、柵極電荷測試電路和開關時間測試電路及其對應的波形圖，這些測試電路和波形圖有助于工程師理解器件的工作原理和性能特點，為實際應用提供參考。
總結
onsemi 的 FDS2572 N 溝道 MOSFET 憑借其低導通電阻、低柵極電荷、低反向恢復電荷等特性，在高頻 DC - DC 轉換等應用中具有顯著的優(yōu)勢。同時，其環(huán)保設計和 UIS 額定值也提高了器件的可靠性和適用性。通過詳細的電氣特性和熱特性參數(shù)，以及提供的各種模型和測試電路，工程師可以更好地了解和應用該器件，為電力轉換系統(tǒng)的設計提供有力的支持。
在實際設計中，工程師需要根據(jù)具體的應用需求，綜合考慮器件的各項參數(shù)和特性，合理選擇和使用 FDS2572，以實現(xiàn)系統(tǒng)的最佳性能。你在使用 MOSFET 進行設計時，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。
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