理解英飞凌MOSFET器件的数据手册

仅仅是自己的理解和应用需求,不全面,望见谅。
以器件IPT60R040S7为例

  • Power dissipation
    P t o t = 245 W , T j = 25 ° C P_{tot} = 245W, T_j = 25°C Ptot=245W,Tj=25°C

Power dissipation字面意思:功耗。而且此处显然指的是一只管子的功耗。这就有点了不得了。如果我们想要保证管子的结温不高于150度,那么此时计算出来的热阻大概在 (150 - 25)/ 245 = 0.5 °C/W。
datasheet上面给出的热阻数据

Parameter value.51
Thermal resistance, junction - case 0.51
Thermal resistance, junction - ambient 62

而我们这时候看期间手册上给出的热阻数据,发现仅仅是从壳到结的热阻就已经达到了0.51.所以,这个功耗应当是在壳温与环境温度相等的情况下计算出来的。相当达到这种散热条件,散热的要求要非常高,近乎理想。所以,实际上器件手册上给出的这个 P t o t P_{tot} Ptot参考意义不大,仅仅是表征从结到壳的热阻大小。

  • Drain-source on-state resistance R D S , o n R_{DS, on} RDS,on
    typical 0.036 Ω T j = 25 T_j = 25 Tj=25
    typical 0.084 Ω T j = 125 T_j = 125 Tj=125
    我们大致可以从 R D S , o n R_{DS, on} RDS,on的以上数值看出这个器件的导通损耗水平。
    但是若要具体计算电路中器件的导通损耗,仅仅用以上的数据是远不够精确的,还要结合多种因素(如漏极电流、器件温度)对其的影响曲线。可能用到拟合、迭代等多种运算方法。
    理解英飞凌MOSFET器件的数据手册_第1张图片
  • MOSFET的各种电容参数
Parameter Symbol Value Note
Input capacitance C i s s C_{iss} Ciss 3127pF -
Output capacitance C o s s C_{oss} Coss 50pF -
Effective output capacitance, energy related C o , e r C_{o, er} Co,er 168pF -
Effective output capacitance, time related C o , t r C_{o, tr} Co,tr 1476pF -

理解英飞凌MOSFET器件的数据手册_第2张图片
各类参数电容和实际寄生电容的关系

  1. C i s s = C g d + C g s C_{iss} = C_{gd} + C{gs} Ciss=Cgd+Cgs
  2. C o s s = C g d + C d s C_{oss} = C_{gd} + C{ds} Coss=Cgd+Cds
  3. C r s s = C g d C_{rss} = C_{gd} Crss=Cgd
  • 输入电容的概念比较好理解,也就是栅极的输入电容。 C i s s C_{iss} Ciss是用来指导驱动电路的设计的。
  • datasheet自己带的定义:
    • C o , e r C_{o, er} Co,er is a fixed capacitance that gives the same stored energy as Coss while VDS is rising from 0 to 300V
    • C o , t r C_{o, tr} Co,tr is a fixed capacitance that gives the same charging time as Coss while VDS is rising from 0 to 300V
  • 但是,在datasheet里面给出了很多输出电容的参数。这个如何理解呢?我们先来看一下datasheet里面给出的另一张数据图表。
  • 理解英飞凌MOSFET器件的数据手册_第3张图片
  • 电容的容值随着电压变换的规律。(有规律我们也用不上啊,太复杂了。)
  • 所以,工程师们从实际应用的角度,给出了不同的输出电容值。
  • 其中, C o s s C_{oss} Coss是直接的测量结果,可以从以上图表中找出对应的点;
  • C o , e r C_{o, er} Co,er,能量相关的输出电容。什么时候我们会用到能量呢?— 计算损耗的时候。所以这个电容是用来计算开关损耗的。 P l o s s = 0.5 C o , e r U 2 f s P_{loss} = 0.5C_{o, er}U^2f_s Ploss=0.5Co,erU2fs
  • C o , t r C_{o, tr} Co,tr,时间相关的输出电容。什么时候我们会用到时间呢? — 计算时间的时候。由于我现在接触到的电力电子并不多,所以就举一个小例子,当然也可能存在其他的很多应用场景。我们在设计LLC电路的时候,需要计算合适的死区时间来保证全负载范围内的软开关,在那个时候,我们需要的电容就是这个值了, C o , t r C_{o, tr} Co,tr,因为死区时间其实就是由这个charging time 决定的。具体的计算公式可以查看相关论文,私聊我也可。

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