带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
From -互联网Author -互联网 Wednesday, September 16, 2020
我们打开一个MOS管的SPEC,会有很多电气参数,今天说一说热阻、电容和开关时间这三个。
 
热阻,英文Thermal resistance,指的是当有热量在物体上传输时,在物体两端温度差与热源的功率之间的比值,单位是℃/W或者是K/W。
 
半导体散热的三个途径,封装顶部到空气,封装底部到电路板,封装引脚到电路板。
 
结到空气环境的热阻用ThetaJA表示,ThetaJA = (Tj-Ta)/P
 
其中Tj为芯片结温,Ta为芯片环境温度,如下图所示。
 
带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
 
还有一些其他的热阻参数如下:
 
ThetaJC=(Tj-Tc)/P,结到封装外壳的热阻,一般而言是到封装顶部的热阻,所以一般的,ThetaJC=ThetaJT
 
ThetaJB=(Tj-Tb)/P,结到PCB的热阻。
 
ThetaJA参数综合了Die的大小, 封装方式,填充材料,封装材料,引脚设计,外部散热片和外部电路板的属性多个因素,综合来讲ThetaJA和用的器件以及PCB设计有关。ThetaJC和ThetaJB这2个参数是表征芯片和封装本身的,不会随着芯片封装外部环境的改变而改变。
 
热阻和以下几个参数比较紧密相关。
 
Power dissipation:功率损耗,指的是NMOS消耗功率不能超过150mW,否则可能损坏MOS管。
 
Junction temperature:结温,结面温度,指的是NMOS最高结温不能超过150℃。
 
带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
 
Thermal resistance:如下的833℃/W指的是NMOS结面相对于环境温度的热阻是833℃/W,假如器件消耗的功率是1W,那温升就是833℃。
 
带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
 
当NMOS工作在最大功率150mW,那NMOS结到空气的温度就是:150/1000*833≈125℃,芯片结温就是125+25=150℃。
 
再看一下MOS管的电容。
 
输入电容Ciss,指的是DS短接,用交流信号测得的GS之间的电容,Ciss由GS电容和GD电容并联而成,即Ciss=Cgs+Cgd,当输入电容充电至阈值电压,MOS管才打开,放电至一定的值,MOS管才关闭,所以Ciss和MOS管的开启关闭时间有很大的关系。
 
输出电容Coss,指的是GS短接,用交流信号测得的DS之间的电容,Coss由GD电容和DS电容并联而成,即Coss=Cgd+Cds
 
反向传输电容Crss,指的是S接地,GD之间的电容,即Crss=Cgd
 
MOS管关闭下,Cgs要比Cgd大得多,Cgd=1.7pF,那Cgs=7.1-1.7=5.4pF。
 
带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
 
从SPEC给的图看,3个电容的大小和DS电压有很大关系,尤其是Coss和Crss
 
带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
 
有的一些MOS管SPEC中还有如下的Qg、Qgs、Ggd,指的是充满这些电容所需要的电荷数,所需要的充电电荷数越少,MOS管开关速度就越快。
 
带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
 
MOS管关闭下,Cgs要比Cgd大的多,但是发现Qgd比Qgs大得多,这是受到米勒电容的影响。
 
带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
 
结合一下图片理解MOS管的开关时间。
 
带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
 
最左边绿色部分,ID和UD几乎不变,因为这时候UGS没有上升到阈值电压,MOS管是关闭状态,把UGS从0增大到阈值电压前这段时间叫Turn-on delay time。
 
紧接着紫色部分,当UGS上升到阈值电压后,随着UGS再继续增大,ID也逐渐增大,UD逐渐减小,直到ID到最大值,UD到最小值,这段时间叫Rise time。
 
同理,MOS管在关闭时,UGS没有下降到阈值电压,ID和UD都是不变的,把UGS下降到阈值电压前这段时间叫Turn-off delay time。
 
随着UGS逐渐减小,ID减小到最小值,UD增大到最大值,这段时间叫Fall time。
 
带你读懂MOS管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
 
那为什么要了解MOS管的电容和开关时间呢?当MOS管用在对开关速度有要求的电路中,可能会因为MOS管的开关时间过慢,导致通信失败。
关键字:MOS管
如需获取更多技术方案,请关注创禾芯城(www.chxchips.com)