理解功率 MOSFET 的電流

通常，功率MOSFET也可以工作在飽和區(qū)，即放大區(qū)恒流狀態(tài)。如果功率MOSFET穩(wěn)態(tài)工作在可變電阻區(qū)，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的VGS的放大恒流狀態(tài)的漏極電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的最大電流，因此在導(dǎo)通過(guò)程中，功率MOSFET要經(jīng)過(guò)Miller平臺(tái)區(qū)，此時(shí)Miller平臺(tái)區(qū)的VGS的電壓對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)的最大電流。然后Miller電容的電荷全部清除后，VGS的電壓才慢慢增加，進(jìn)入到可變電阻區(qū)，最后，VGS穩(wěn)定在最大的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，Miller平臺(tái)區(qū)的電壓和系統(tǒng)最大電流的關(guān)系必須滿(mǎn)足功率MOSFET的轉(zhuǎn)移工作特性或輸出特性。

也就是，對(duì)于某一個(gè)值的VGS1，在轉(zhuǎn)移工作特性或輸出特性的電流為IDM1，器件不可能流過(guò)大于IDM1的電流，轉(zhuǎn)移工作特性或輸出特性限制著功率MOSFET的最大電流值。

這也表明，數(shù)據(jù)表中功率MOSFET脈沖漏極電流額定值IDM對(duì)應(yīng)著器件允許的最大的VGS，在此條件下，器件工作在飽和區(qū)，即放大區(qū)恒流狀態(tài)時(shí)，器件能夠通過(guò)的最大漏極電流，同樣，最大的VGS和IDM也要滿(mǎn)足功率MOSFET的轉(zhuǎn)移工作特性或輸出特性。

另外，最大的脈沖漏極電流IDM還要滿(mǎn)足最大結(jié)溫的限制，IDM工作在連續(xù)的狀態(tài)下，功率MOSFET的結(jié)溫可能會(huì)超出范圍。在脈沖的狀態(tài)下，瞬態(tài)的熱阻小于穩(wěn)態(tài)熱阻，可以滿(mǎn)足最大結(jié)溫的限制。

因此IDM要滿(mǎn)足兩個(gè)條件：(1) 在一定的脈沖寬度下，基于功率MOSFET的轉(zhuǎn)移工作特性或輸出特性的真正的單脈沖最大電流測(cè)量值；(2)在一定的脈沖寬度下，基于瞬態(tài)的熱阻和最大結(jié)溫的計(jì)算值。數(shù)據(jù)表通常取二者中較小的一個(gè)。

功率MOSFET的數(shù)據(jù)表后面通常列出了瞬態(tài)的熱阻的等效圖。

因?yàn)閂GS限定的漏極的電流，單純的考慮IDM對(duì)于實(shí)際應(yīng)用沒(méi)有太多的參考價(jià)值，因?yàn)閷?shí)際的應(yīng)用中，柵極的驅(qū)動(dòng)電壓通常小于最大的額定電壓。同樣的，在實(shí)際的柵極驅(qū)動(dòng)電壓下，單純的考慮電流也沒(méi)有意義，而是考慮最大漏極電流的持續(xù)時(shí)間。

IDM和實(shí)際的應(yīng)用最相關(guān)的狀態(tài)就是系統(tǒng)發(fā)生短路，因此，在系統(tǒng)控制器的柵驅(qū)動(dòng)電壓下，測(cè)試短路時(shí)最大漏極電流的持續(xù)時(shí)間。通常在設(shè)計(jì)過(guò)程中，使系統(tǒng)短路保護(hù)時(shí)間小于1/3～1/2的上述的持續(xù)時(shí)間，這樣才能使系統(tǒng)可靠。

事實(shí)上，對(duì)于大電流，在導(dǎo)通狀態(tài)下或關(guān)斷的過(guò)程，由于芯片內(nèi)部的不平衡或其他一些至今還沒(méi)有理論可以解釋的原因，即使芯片沒(méi)有超過(guò)結(jié)溫，也會(huì)產(chǎn)生損壞。

因此，在實(shí)際的應(yīng)用中，要盡量的使短路保護(hù)的時(shí)間短，以減小系統(tǒng)短路最大沖擊電流的沖擊。具體方法就是減小短路保護(hù)回路的延時(shí)，中斷響應(yīng)的時(shí)間等。

在不同的柵級(jí)電壓下測(cè)量短路電流，測(cè)試波形如圖2所示，采用的功率MOSFET為AOT266。圖2(a)：VGS電壓為13V，短路電流達(dá)1000A，MOSFET在經(jīng)過(guò)47μs后電流失控而損壞；圖2(b)：VGS電壓為8V，短路電流僅為500A，MOSFET在經(jīng)過(guò)68μs后電流失控而損壞。電流測(cè)試使用了20:1的電流互感器，因此電流為200A/格。

圖2 AOT266短路測(cè)試波形

可以的看到，VGS =13V，最大電流為1000A，持續(xù)的時(shí)間為47μs；VGS =8V，最大電流為500A，持續(xù)的時(shí)間為68μs。

雪崩電流
雪崩電流在功率MOSFET的數(shù)據(jù)表中表示為IAV，雪崩能量代表功率MOSFET抗過(guò)壓沖擊的能力。在測(cè)試過(guò)程中，選取一定的電感值，然后將電流增大，也就是功率MOSFET開(kāi)通的時(shí)間增加，然后關(guān)斷，直到功率MOSFET損壞，對(duì)應(yīng)的最大電流值就是最大的雪崩電流。

在數(shù)據(jù)表中，標(biāo)稱(chēng)的IAV通常要將前面的測(cè)試值做70%或80%降額處理，因此它是一個(gè)可以保證的參數(shù)。一些功率MOSFET供應(yīng)商會(huì)對(duì)這個(gè)參數(shù)在生產(chǎn)線上做100%全部檢測(cè)，因?yàn)橛薪殿~，因此不會(huì)損壞器件。

注意：測(cè)量雪崩能量時(shí)，功率MOSFET工作在UIS非鉗位開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，因此功率MOSFET不是工作在放大區(qū)，而是工作在可變電阻區(qū)和截止區(qū)。因此最大的雪崩電流IAV通常小于最大的連續(xù)的漏極電流值ID。

采用的電感值越大，雪崩電流值越小，但雪崩能量越大，生產(chǎn)線上需要測(cè)試時(shí)間越長(zhǎng)，生產(chǎn)率越低。電感值太小，雪崩能量越小。目前低壓的功率MOSFET通常取0.1mH，此時(shí)，雪崩電流相對(duì)于最大的連續(xù)的漏極電流值ID有明顯的改變，而且測(cè)試時(shí)間比較合適范圍。