onsemi FDA38N30 N 溝道 MOSFET 深度解析

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，MOSFET 是不可或缺的重要元件。今天我們來(lái)深入探討 onsemi 公司的一款高性能 N 溝道 MOSFET——FDA38N30。

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一、產(chǎn)品概述

FDA38N30 屬于 onsemi 的 UniFET MOSFET 家族，該家族基于平面條紋和 DMOS 技術(shù)打造，是高壓 MOSFET 系列。其設(shè)計(jì)目標(biāo)在于降低導(dǎo)通電阻，同時(shí)提供更出色的開(kāi)關(guān)性能和更高的雪崩能量強(qiáng)度。這使得它在眾多開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中表現(xiàn)出色，像功率因數(shù)校正（PFC）、平板顯示（FPD）電視電源、ATX 電源以及電子燈鎮(zhèn)流器等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

二、產(chǎn)品特性

1. 低導(dǎo)通電阻

當(dāng) (V{GS}=10) V，(I{D}=19) A 時(shí)，典型的 (R_{DS(on)}) 為 70 mΩ。低導(dǎo)通電阻能夠有效減少功率損耗，提高電源轉(zhuǎn)換效率，這在對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中至關(guān)重要。

2. 低柵極電荷

典型值為 60 nC。低柵極電荷意味著在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，對(duì)柵極電容的充電和放電所需的能量較少，從而加快開(kāi)關(guān)速度，降低開(kāi)關(guān)損耗。

3. 低 (C_{rss})

典型值為 60 pF。(C{rss}) 即反向傳輸電容，較低的 (C{rss}) 可以減少米勒效應(yīng)的影響，進(jìn)一步提升開(kāi)關(guān)性能。

4. 100% 雪崩測(cè)試

經(jīng)過(guò) 100% 雪崩測(cè)試，表明該器件具有較高的雪崩能量強(qiáng)度，能夠在惡劣的工作條件下穩(wěn)定運(yùn)行，增強(qiáng)了產(chǎn)品的可靠性。

5. ESD 改進(jìn)能力

具備改進(jìn)的靜電放電（ESD）能力，可有效防止因靜電引起的器件損壞，提高了產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性。

6. RoHS 合規(guī)

符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，這意味著產(chǎn)品在環(huán)保方面符合相關(guān)要求，滿(mǎn)足了現(xiàn)代電子產(chǎn)品對(duì)環(huán)保的需求。

三、產(chǎn)品參數(shù)

1. 最大額定值

• 漏源電壓 (V_{DSS})：300 V
• 柵源電壓 (V_{GS})：±30 V
• 連續(xù)漏極電流 (I_{D})：在 (T{C}=25^{circ}C) 時(shí)為 38 A，在 (T{C}=100^{circ}C) 時(shí)為 22 A
• 脈沖漏極電流 (I_{DM})：150 A
• 單脈沖雪崩能量 (E_{AS})：1200 mJ
• 雪崩電流 (I_{AR})：38 A
• 重復(fù)雪崩能量 (E_{AR})：31 mJ
• 峰值二極管恢復(fù) (dv/dt)：4.5 V/ns
• 功率耗散 (P_{D})：在 (T_{C}=25^{circ}C) 時(shí)為 312 W，溫度每升高 1°C 降額 2.5 W/°C
• 工作和存儲(chǔ)溫度范圍 (T{J}, T{STG})：-55 至 +150 °C
• 焊接時(shí)引腳最大溫度 (T_{L})：在距離外殼 1/8” 處，5 秒內(nèi)可達(dá) 300 °C

2. 電氣特性

關(guān)斷特性

• 漏源擊穿電壓 (B_{V D S S})：在 (I{D}=250) μA，(V{GS}=0) V，(T_{C}=25^{circ}C) 時(shí)為 300 V
• 擊穿電壓溫度系數(shù)：在 (I_{D}=250) μA 時(shí)，參考 25°C 為 0.3 V/°C
• 零柵壓漏極電流 (I_{D S S})：在 (V{D S}=300) V，(V{G S}=0) V 時(shí)為 1 μA；在 (V{D S}=240) V，(T{C}=125^{circ}C) 時(shí)為 10 μA
• 柵體泄漏電流 (I_{G S S})：在 (V{G S}=±30) V，(V{D S}=0) V 時(shí)為 ±100 nA

導(dǎo)通特性

• 柵極閾值電壓 (V_{GS(th)})：在 (V{D S}=V{G S})，(I_{D}=250) μA 時(shí)為 5.0 V
• 靜態(tài)漏源導(dǎo)通電阻 (R_{DS(on)})：在 (V{G S}=10) V，(I{D}=19) A 時(shí)，典型值為 0.070 Ω，最大值為 0.085 Ω
• 正向跨導(dǎo) (g_{F S})：在 (V{D S}=20) V，(I{D}=19) A 時(shí)為 34 S

動(dòng)態(tài)特性

• 輸入電容 (C_{iss})：在 (V{D S}=25) V，(V{G S}=0) V，(f = 1) MHz 時(shí)，典型值為 2600 pF
• 輸出電容 (C_{oss})：典型值為 500 pF
• 反向傳輸電容 (C_{rss})：典型值為 60 pF
• 10 V 時(shí)的總柵極電荷 (Q_{g(tot)})：在 (V{D S}=240) V，(I{D}=38) A，(V_{G S}=10) V 時(shí)，典型值為 60 nC
• 柵源柵極電荷 (Q_{gs})：典型值為 17 nC
• 柵漏“米勒”電荷 (Q_{gd})：典型值為 28 nC

開(kāi)關(guān)特性

• 導(dǎo)通延遲時(shí)間 (t_{d(on)})：在 (V{D D}=150) V，(I{D}=38) A，(V{G S}=10) V，(R{G}=25) Ω 時(shí)，典型值為 69 ns
• 導(dǎo)通上升時(shí)間 (t_{r})：典型值為 143 ns
• 關(guān)斷延遲時(shí)間 (t_{d(off)})：典型值為 153 ns
• 關(guān)斷下降時(shí)間 (t_{f})：典型值為 70 ns

漏源二極管特性

• 最大連續(xù)漏源二極管正向電流 (I_{S})：38 A
• 最大脈沖漏源二極管正向電流 (I_{S M})：150 A
• 漏源二極管正向電壓 (V_{S D})：在 (V{G S}=0) V，(I{S D}=38) A 時(shí)，典型值為 1.4 V
• 反向恢復(fù)時(shí)間 (t_{r r})：在 (V{G S}=0) V，(I{S D}=38) A，(dI_{F} / dt = 100) A/μs 時(shí)，典型值為 315 ns
• 反向恢復(fù)電荷 (Q_{r r})：典型值為 4.0 μC

四、典型性能特性

1. 導(dǎo)通區(qū)域特性

通過(guò)圖 1 可以看到不同 (V{GS}) 下，漏極電流 (I{D}) 隨漏源電壓 (V_{DS}) 的變化情況。這有助于工程師了解器件在不同工作條件下的導(dǎo)通性能。

2. 傳輸特性

圖 2 展示了在不同溫度下，漏極電流 (I{D}) 與柵源電壓 (V{GS}) 的關(guān)系。溫度對(duì)傳輸特性有一定影響，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮溫度因素。

3. 導(dǎo)通電阻變化特性

圖 3 呈現(xiàn)了導(dǎo)通電阻 (R{DS(on)}) 隨漏極電流 (I{D}) 和柵極電壓 (V_{GS}) 的變化。了解導(dǎo)通電阻的變化規(guī)律，對(duì)于優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、降低功耗非常重要。

4. 體二極管正向電壓變化特性

圖 4 顯示了體二極管正向電壓隨源電流和溫度的變化。這對(duì)于評(píng)估二極管在不同工作條件下的性能至關(guān)重要。

5. 電容特性

圖 5 展示了輸入電容 (C{iss})、輸出電容 (C{oss}) 和反向傳輸電容 (C{rss}) 隨漏源電壓 (V{DS}) 的變化。電容特性對(duì)開(kāi)關(guān)速度和開(kāi)關(guān)損耗有重要影響。

6. 柵極電荷特性

圖 6 呈現(xiàn)了在不同漏源電壓 (V{DS}) 下，總柵極電荷 (Q{g}) 與柵源電壓 (V_{GS}) 的關(guān)系。這有助于工程師理解柵極充電過(guò)程，優(yōu)化開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。

7. 擊穿電壓變化特性

圖 7 展示了漏源擊穿電壓隨結(jié)溫 (T_{J}) 的變化。了解擊穿電壓的溫度特性，對(duì)于保證器件在不同溫度環(huán)境下的可靠性至關(guān)重要。

8. 導(dǎo)通電阻變化特性（溫度相關(guān)）

圖 8 顯示了導(dǎo)通電阻 (R{DS(on)}) 隨結(jié)溫 (T{J}) 的變化。溫度升高會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增大，這在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮。

9. 最大安全工作區(qū)

圖 9 給出了器件在不同脈沖寬度和漏源電壓下的最大安全工作范圍。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)必須確保器件工作在安全區(qū)內(nèi)，以避免器件損壞。

10. 最大漏極電流與殼溫關(guān)系

圖 10 展示了最大漏極電流隨殼溫 (T_{C}) 的變化。隨著殼溫升高，最大漏極電流會(huì)下降，這需要在散熱設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮。

11. 瞬態(tài)熱響應(yīng)曲線

圖 11 呈現(xiàn)了器件的瞬態(tài)熱響應(yīng)曲線，有助于工程師了解器件在脈沖工作條件下的熱性能，合理設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)。

五、測(cè)試電路與波形

文檔中還給出了多種測(cè)試電路和波形圖，如柵極電荷測(cè)試電路與波形（圖 12）、電阻性開(kāi)關(guān)測(cè)試電路與波形（圖 13）、非鉗位電感開(kāi)關(guān)測(cè)試電路與波形（圖 14）以及峰值二極管恢復(fù) (dv/dt) 測(cè)試電路與波形（圖 15）。這些測(cè)試電路和波形對(duì)于工程師理解器件的工作原理和性能測(cè)試非常有幫助。

六、機(jī)械封裝

FDA38N30 采用 TO - 3P - 3LD / EIAJ SC - 65 封裝，為隔離封裝。文檔中詳細(xì)給出了封裝的尺寸信息，工程師在進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)需要參考這些尺寸，確保器件的正確安裝和布局。

七、總結(jié)

onsemi 的 FDA38N30 N 溝道 MOSFET 憑借其出色的性能特性，如低導(dǎo)通電阻、低柵極電荷、高雪崩能量強(qiáng)度等，在開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)。工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分考慮器件的各項(xiàng)參數(shù)和性能特性，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，合理選擇和使用該器件。同時(shí)，要注意文檔中給出的最大額定值和測(cè)試條件，確保器件工作在安全可靠的范圍內(nèi)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似 MOSFET 的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。