パワーMOSFETの各パラメータの解説

VDSS 最大ドレイン・ソース間電圧

ゲート・ソースが短絡された場合、ドレイン・ソース間電圧定格 (VDSS) は、アバランシェ降伏なしでドレイン・ソース間に印加できる最大電圧になります。温度によっては、実際のアバランシェ降伏電圧は定格 VDSS よりも低くなる場合があります。 V(BR)DSS の詳細については、「静電気」を参照してください。

V(BR)DSS の詳細については、「静電気特性」を参照してください。

VGS 最大ゲート・ソース電圧

VGS 電圧定格は、ゲートとソースの極間に印加できる最大電圧です。この電圧定格を設定する主な目的は、過剰な電圧によるゲート酸化膜の損傷を防ぐことです。ゲート酸化膜が耐えられる実際の電圧は定格電圧よりもはるかに高くなりますが、製造プロセスによって異なります。

実際のゲート酸化膜は定格電圧よりもはるかに高い電圧に耐えることができますが、これは製造プロセスによって異なるため、VGS を定格電圧内に維持することでアプリケーションの信頼性が確保されます。

ID - 連続漏れ電流

ID は、最大定格ジャンクション温度 TJ(max)、および管表面温度 25°C 以上における最大許容連続 DC 電流として定義されます。このパラメータは、ジャンクションとケース間の定格熱抵抗 RθJC およびケース温度の関数です。

スイッチング損失はIDに含まれておらず、実用上管表面温度を25℃(Tcase)に保つことは困難です。したがって、ハードスイッチングアプリケーションにおける実際のスイッチング電流は、通常、TC = 25°C での ID 定格の半分未満で、通常は 1/3 ～ 1/4 の範囲になります。補完的な。

さらに、熱抵抗 JA を使用すると、特定の温度での ID を推定でき、より現実的な値になります。

IDM - インパルスドレイン電流

このパラメータは、デバイスが処理できるパルス電流の量を反映しており、連続 DC 電流よりもはるかに大きくなります。 IDM を定義する目的は、ラインのオーム領域です。特定のゲート-ソース間電圧の場合、MOSFET最大ドレイン電流が存在する状態で導通します

現在。図に示すように、特定のゲート-ソース電圧に対して、動作点が線形領域にある場合、ドレイン電流の増加によりドレイン-ソース電圧が上昇し、導通損失が増加します。高電力での長時間の動作はデバイスの故障につながります。このため

したがって、公称IDMは、一般的なゲート駆動電圧の領域よりも低く設定する必要があります。領域のカットオフポイントは、Vgs と曲線の交差点にあります。

したがって、チップが過熱して焼損するのを防ぐために、電流密度の上限を設定する必要があります。これは本質的に、チップ全体で「最も弱い接続」がチップではなくパッケージリードである場合があるため、パッケージリードを流れる過剰な電流を防ぐためです。

IDM に対する熱影響の制限を考慮すると、温度上昇はパルス幅、パルス間の時間間隔、熱放散、RDS(on)、パルス電流の波形と振幅に依存します。パルス電流が IDM 制限を超えないというだけでは、ジャンクション温度が IDM 制限を超えないことを保証するものではありません。

最大許容値を超えません。パルス電流下のジャンクション温度は、「熱的および機械的特性」の過渡熱抵抗の説明を参照して推定できます。

PD - 総許容チャネル電力損失

総許容チャネル電力損失は、デバイスが損失できる最大電力損失を校正し、ケース温度 25°C での最大接合温度と熱抵抗の関数として表すことができます。

TJ、TSTG - 動作時および保管時の周囲温度範囲

これら 2 つのパラメータは、デバイスの動作環境および保管環境で許容されるジャンクション温度範囲を校正します。この温度範囲は、デバイスの最小動作寿命を満たすように設定されています。デバイスがこの温度範囲内で動作することを保証すると、動作寿命が大幅に延長されます。

EAS-シングルパルス雪崩破壊エネルギー

電圧オーバーシュート（通常は漏れ電流と浮遊インダクタンスによる）が降伏電圧を超えない場合、デバイスはアバランシェ降伏を起こさないため、アバランシェ降伏を放散する機能は必要ありません。アバランシェ降伏エネルギーは、デバイスが許容できる過渡オーバーシュートを調整します。

アバランシェ降伏エネルギーは、デバイスが許容できる過渡オーバーシュート電圧の安全値を定義し、アバランシェ降伏が発生するために消費する必要があるエネルギー量に依存します。

アバランシェ降伏エネルギー定格を定義するデバイスは、通常、UIS 定格と意味が似ている EAS 定格も定義し、デバイスが安全に吸収できる逆アバランシェ降伏エネルギーの量を定義します。

L はインダクタンス値、iD はインダクタに流れるピーク電流で、測定装置内で急激にドレイン電流に変換されます。インダクタの両端に生成される電圧は MOSFET の降伏電圧を超え、アバランシェ降伏を引き起こします。アバランシェ降伏が発生すると、インダクタの電流は MOSFET デバイスを通って流れます。MOSFETオフです。インダクタに蓄積されるエネルギーは、浮遊インダクタに蓄積され、MOSFET によって放散されるエネルギーと同様です。

MOSFET が並列接続されている場合、耐圧はデバイス間でほとんど同一ではありません。通常、1 つのデバイスが最初にアバランシェ降伏を経験し、その後のすべてのアバランシェ降伏電流 (エネルギー) がそのデバイスを流れるということが起こります。

EAR - 繰り返される雪崩のエネルギー

繰り返される雪崩のエネルギーは「業界標準」となっていますが、周波数、その他の損失、冷却量が設定されなければ、このパラメータは意味がありません。繰り返しのアバランシェエネルギーは、熱放散 (冷却) 条件によって支配されることがよくあります。なだれ降伏によって生成されるエネルギーのレベルを予測することも困難です。

なだれ降伏によって生成されるエネルギーのレベルを予測することも困難です。

EAR 評価の本当の意味は、デバイスが耐えられる繰り返しのアバランシェ降伏エネルギーを校正することです。この定義は、デバイスが過熱しないように周波数に制限がないことを前提としています。これは、アバランシェ降伏が発生する可能性のあるあらゆるデバイスにとって現実的です。

特にアバランシェ降伏が発生する可能性が高いデバイスの場合、デバイス設計の検証中に MOSFET デバイスが過熱していないかどうかを確認するために、動作中のデバイスまたはヒートシンクの温度を測定することをお勧めします。

IAR - なだれ降伏電流

一部のデバイスでは、アバランシェ降伏中のチップ上の電流セットエッジの傾向により、アバランシェ電流 IAR を制限する必要があります。このようにして、アバランシェ電流はアバランシェ降伏エネルギー仕様の「細かい部分」になります。それはデバイスの真の能力を明らかにします。

パート II 静的電気的特性評価

V(BR)DSS: ドレイン・ソース間耐圧(破壊電圧)

V(BR)DSS (VBDSS とも呼ばれます) は、ゲート・ソースが短絡された特定の温度で、ドレインを流れる電流が特定の値に達するドレイン・ソース間電圧です。この場合のドレイン・ソース間電圧がアバランシェ降伏電圧です。

V(BR)DSS は正の温度係数であり、低温では V(BR)DSS は 25°C でのドレイン・ソース間電圧の最大定格よりも小さくなります。 -50°C では、V(BR)DSS は、-50°C でのドレイン-ソース電圧の最大定格よりも小さくなります。 -50°C では、V(BR)DSS は 25°C での最大ドレイン-ソース電圧定格の約 90% になります。

VGS(th)、VGS(off): 閾値電圧

VGS(th) は、ゲート・ソース電圧を加えてドレインに電流が流れ始める電圧、または MOSFET がオフになると電流が消える電圧であり、テスト条件 (ドレイン電流、ドレイン・ソース電圧、ジャンクション)温度）も指定されます。通常、すべての MOS ゲートデバイスには異なる特性があります。

閾値電圧が異なります。したがって、VGS(th)の変動範囲が規定されます。VGS(th)は負の温度係数であり、温度が上昇すると、MOSFET比較的低いゲート・ソース電圧でオンになります。

RDS(on): オン抵抗

RDS(on) は、特定のドレイン電流 (通常は ID 電流の半分)、ゲートソース間電圧、および 25°C で測定されたドレインソース間抵抗です。 RDS(on) は、特定のドレイン電流 (通常は ID 電流の半分)、ゲートソース間電圧、および 25°C で測定されたドレインソース間抵抗です。

IDSS: ゼロゲート電圧ドレイン電流

IDSS は、ゲート・ソース間電圧がゼロのときの、特定のドレイン・ソース間電圧におけるドレイン・ソース間のリーク電流です。漏れ電流は温度とともに増加するため、IDSS は室温と高温の両方で仕様化されています。漏れ電流による電力損失は、IDSS にドレイン・ソース間の電圧を乗算することで計算できますが、通常は無視できます。

IGSS - ゲート・ソース漏れ電流

IGSS は、特定のゲート・ソース電圧でゲートを流れるリーク電流です。

パート III 動的電気特性

Ciss : 入力容量

ドレインをソースに短絡してAC信号で測定したゲートとソース間の静電容量が入力静電容量です。 Ciss は、ゲートドレイン容量 Cgd とゲートソース容量 Cgs を並列接続することによって形成されます (Ciss = Cgs + Cgd)。入力容量がしきい値電圧まで充電されるとデバイスはオンになり、特定の値まで放電されるとオフになります。したがって、ドライバー回路と Ciss は、デバイスのターンオン遅延とターンオフ遅延に直接影響します。

Coss : 出力容量

出力容量は、ゲート・ソースが短絡したときに AC 信号で測定されたドレインとソース間の容量で、Coss はドレイン・ソース間容量 Cds とゲート・ドレイン間容量 Cgd の並列接続、つまり Coss = Cds + Cgd によって形成されます。ソフトスイッチングアプリケーションの場合、Coss は回路内で共振を引き起こす可能性があるため、非常に重要です。

Crss : 逆伝達容量

ソースを接地した状態でドレインとゲートの間で測定された容量が逆伝達容量です。逆伝達容量はゲートドレイン容量 Cres = Cgd に相当し、多くの場合ミラー容量と呼ばれます。これはスイッチの立ち上がり時間と立ち下がり時間の最も重要なパラメータの 1 つです。

これはスイッチングの立ち上がり時間と立ち下がり時間の重要なパラメータであり、ターンオフ遅延時間にも影響します。ドレイン電圧が増加すると、静電容量、特に出力静電容量と逆伝達静電容量が減少します。

Qgs、Qgd、および Qg: ゲートチャージ

ゲート電荷値は、端子間のコンデンサに蓄積された電荷を反映します。コンデンサの電荷はスイッチングの瞬間の電圧に応じて変化するため、ゲートドライバ回路を設計する際にはゲート電荷の影響がよく考慮されます。

Qgs は 0 から最初の変曲点までの電荷、Qgd は最初から 2 番目の変曲点までの部分 (「ミラー」電荷とも呼ばれます)、Qg は 0 から VGS が特定の駆動に等しい点までの部分です。電圧。

リーク電流とリーク・ソース電圧の変化がゲート電荷値に与える影響は比較的小さく、ゲート電荷は温度によって変化しません。試験条件が指定されています。ゲート電荷のグラフはデータシートに示されており、固定リーク電流と変化するリークソース電圧に対する対応するゲート電荷変化曲線が含まれています。

固定ドレイン電流と変化するドレイン・ソース電圧に対する対応するゲート電荷変化曲線がデータシートに含まれています。グラフでは、プラトー電圧 VGS(pl) は、電流が増加すると増加が少なくなります (電流が減少すると減少します)。プラトー電圧はしきい値電圧にも比例するため、しきい値電圧が異なると異なるプラトー電圧が生成されます。

電圧。

次の図は、より詳細で応用的なものです。