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Si功率元器件

Si晶体管

所谓MOSFET-阈值、ID-VGS特性及温度特性

继上一篇MOSFET的开关特性之后,本篇介绍MOSFET的重要特性–栅极阈值电压、ID-VGS特性、以及各自的温度特性。

MOSFET的VGS(th):栅极阈值电压

MOSFET的VGS(th):栅极阈值电压是为使MOSFET导通,栅极与源极间必需的电压。也就是说,VGS如果是阈值以上的电压,则MOSFET导通。

可能有人问,这种“MOSFET导通”的状态,到底是“电流ID是多少的状态呢?”。的确,ID随VGS而变化。从VGS(th)的规格值的角度看,只要条件没有确定,就无法保证VGS(th)的值,因此在MOSFET的技术规格中规定了条件。这个表是从N-ch 600V 4A的功率MOSFET:R6004KNX的技术规格中摘录的。

Si_2-4_spec

蓝线框起来的是VGS(th),条件栏中VDS=10V、ID=1mA,该条件下保证VGS(th)最小3V、最大5V(Ta=25℃)。

也就是使VGS不断上升,则MOSFET开始导通(ID流出),ID为1mA时VGS为3V以上5V以下的某个值,该值就是VGS(th)。表达的方法有很多,可以将VDS=10V、ID=1mA时定义为MOSFET的导通状态,将此时的VGS作为VGS(th),值在3V~5V之间。

顺便提一下,不仅局限于MOSFET,相对于输入,输出和功能的导通/关断等某种状态改变的电压和电流的值称为“阈值”。

VGS(th)、ID-VGS与温度特性

首先从表示ID-VGS特性的图表中,读取这个MOSFET的VGS(th)。VDS=10V的条件是一致的。ID为1mA时的VGS为VGS(th),因此Ta=25℃的曲线与1mA(0.001A)的线交界处的VGS约3.8V。技术规格中虽未给出代表值(Typ),但从图表中可以看出,VGS(th)的Typ值为3.8V左右。图表的值基本上可理解为Typ值。

然后是ID-VGS特性,作为VGS(th)的规格值,ID=1mA即可,但实际使用时,没有使用4A的MOSFET、ID为1mA的使用方法。例如Ta=25℃,需要1A的ID时,从这张图表中可以看出,所需的VGS为5.3V左右。

Si_2-4_idvgs

由图可知,ID-VGS的温度特性是随着温度升高,VGS恒定的话,ID呈増加趋势。以前面的Ta=25℃、ID=1A的条件为例,Ta=75℃时ID约1.5A左右,有些使用条件下需要注意。

顺序是反的,请看VGS(th)的温度特性图表。就像从ID-VGS的图表中读取到的一样,25℃时VGS(th)约3.8V。这张图中的温度是Tj,如有的记述为“pulsed”一样,是脉冲试验的数据,因此可以认为Tj≒Ta≒25℃。

温度特性可以看出VGS(th)随着温度的升高有下降趋势。这表明当温度上升时,VGS(th)变低,就是更低的VGS流过更多的ID。当然,也就是说,这与ID-VGS的温度特性一致。

另外,VGS(th)可用于推算Tj。VGS(th)的温度特性中有直线性,因此可除以系数,根据VGS(th)的变化量计算温度上升。

Si_2-4_gvthjt

关键要点:

・使MOSFET导通的电压称为“栅极阈值”。

・VGS恒定的话,ID会随温度上升而増加,因此有些条件需要注意。

・可根据VGS(th)的变化,推算大致的Tj。