onsemi NTD3055L104、NTDV3055L104 MOSFET深度解析

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，MOSFET是一種常用且關(guān)鍵的器件，它在電源、轉(zhuǎn)換器、功率電機(jī)控制和橋式電路等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下安森美（onsemi）的NTD3055L104和NTDV3055L104這兩款N溝道邏輯電平MOSFET。

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一、產(chǎn)品概述

NTD3055L104和NTDV3055L104專為低電壓、高速開(kāi)關(guān)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，適用于電源、轉(zhuǎn)換器、功率電機(jī)控制和橋式電路等場(chǎng)景。這兩款器件具有低導(dǎo)通電阻（RDS(on)）、低導(dǎo)通電壓（VDS(on)）、更嚴(yán)格的VSD規(guī)格、較低的二極管反向恢復(fù)時(shí)間和反向恢復(fù)存儲(chǔ)電荷等特點(diǎn)。其中，NTDV和STDV前綴適用于汽車(chē)和其他有特殊場(chǎng)地及控制變更要求的應(yīng)用，并且符合AEC - Q101標(biāo)準(zhǔn)，具備生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序（PPAP）能力。此外，它們還是無(wú)鉛產(chǎn)品，符合RoHS指令。

二、主要參數(shù)

（一）最大額定值

在環(huán)境溫度 (T_{A}=25^{circ}C) 時(shí)，這兩款MOSFET的一些關(guān)鍵最大額定值如下：

• 漏源電壓（VDSS）：60V
• 柵源電壓（VGS）：連續(xù)值為15V，非重復(fù)值（脈沖寬度 (t_{p}leq10ms)）為20V
• 連續(xù)漏極電流（ID）：在 (T{A}=25^{circ}C) 時(shí)為12A，在 (T{A}=100^{circ}C) 時(shí)為4A；單脈沖漏極電流（脈沖寬度 (t_{p}leq10mu s)）為45A
• 總功耗（PD）：根據(jù)不同的安裝條件有所不同，當(dāng)采用1″焊盤(pán)尺寸（銅面積 (1.127in^{2}) ）表面貼裝到FR4板上時(shí)為2.1W；當(dāng)采用最小推薦焊盤(pán)尺寸（銅面積 (0.412in^{2}) ）表面貼裝到FR4板上時(shí)為0.32W，且在25°C以上需進(jìn)行降額處理，降額系數(shù)為1.5W/°C
• 工作和存儲(chǔ)溫度范圍：(-55^{circ}C) 至 (+175^{circ}C)
• 單脈沖漏源雪崩能量（EAS）：在起始結(jié)溫 (T{J}=25^{circ}C) 、(V{DD}=25V{dc}) 、(V{GS}=5.0V{dc}) 、(L = 1.0mH) 、(I{L(pk)} = 11A) 、(V{DS}=60V{dc}) 條件下為61mJ
• 熱阻：結(jié)到殼熱阻（RJC）為3.13°C/W；結(jié)到環(huán)境熱阻（RJA）根據(jù)不同安裝條件分別為71.4°C/W（1″焊盤(pán)尺寸）和100°C/W（最小推薦焊盤(pán)尺寸）
• 焊接時(shí)最大引腳溫度：在距離外殼1/8″處10秒內(nèi)為260°C

（二）電氣特性

1. 關(guān)斷特性
   • 漏源擊穿電壓（V(BR)DSS）：最小值為60V，典型值為62.9V，最大值為70V，溫度系數(shù)為正。
   • 零柵壓漏極電流（IDSS）：在 (V{DS}=60V{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 時(shí)最大值為1.0μA；在 (V{DS}=60V{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 、(T_{J}=150^{circ}C) 時(shí)最大值為10μA。
   • 柵體泄漏電流（IGSS）：在 (V{GS}=pm15V{dc}) 、(V{DS}=0V{dc}) 時(shí)最大值為±100nA。
2. 導(dǎo)通特性
   • 柵極閾值電壓（VGS(th)）：最小值為1.0V，典型值為2.0V，最大值為4.2V，閾值溫度系數(shù)為負(fù)。
   • 靜態(tài)漏源導(dǎo)通電阻（RDS(on)）：在 (V{GS}=5.0V{dc}) 、(I{D}=6.0A{dc}) 時(shí)典型值為89mΩ，最大值為104mΩ。
   • 靜態(tài)漏源導(dǎo)通電壓（VDS(on)）：在 (V{GS}=5.0V{dc}) 、(I{D}=12A{dc}) 時(shí)典型值為0.98V，最大值為1.50V；在 (V{GS}=5.0V{dc}) 、(I{D}=6.0A{dc}) 、(T_{J}=150^{circ}C) 時(shí)典型值為0.86V。
   • 正向跨導(dǎo)（gFS）：在 (V{DS}=8.0V{dc}) 、(I{D}=6.0A{dc}) 時(shí)典型值為9.1mhos。
3. 動(dòng)態(tài)特性
   • 輸入電容（Ciss）：在 (V{DS}=25V{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 、(f = 1.0MHz) 時(shí)典型值為316pF，最大值為440pF。
   • 輸出電容（Coss）：典型值為105pF，最大值為150pF。
   • 傳輸電容（Crss）：典型值為35pF，最大值為70pF。
4. 開(kāi)關(guān)特性
   • 開(kāi)啟延遲時(shí)間（td(on)）：在 (V{DD}=30V{dc}) 、(I{D}=12A{dc}) 、(V{GS}=5.0V{dc}) 、(R_{G}=9.1Ω) 條件下典型值為9.2ns，最大值為20ns。
   • 上升時(shí)間（tr）：典型值為104ns，最大值為210ns。
   • 關(guān)斷延遲時(shí)間（td(off)）：典型值為19ns，最大值為40ns。
   • 下降時(shí)間（tf）：典型值為40.5ns，最大值為80ns。
   • 柵極電荷（QT）：在 (V{DS}=48V{dc}) 、(I{D}=12A{dc}) 、(V{GS}=5.0V{dc}) 條件下典型值為7.4nC，最大值為20nC。
5. 源漏二極管特性
   • 正向?qū)妷海╒SD）：在 (I{S}=12A{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 時(shí)典型值為0.95V，最大值為1.2V；在 (I{S}=12A{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 、(T_{J}=150^{circ}C) 時(shí)典型值為0.82V。
   • 反向恢復(fù)時(shí)間（trr）：在 (I{S}=12A{dc}) 、(V{GS}=0V{dc}) 、(dI_{S}/dt = 100A/μs) 條件下典型值為35ns。
   • 反向恢復(fù)存儲(chǔ)電荷（QRR）：典型值為0.04μC。

三、典型特性曲線

文檔中給出了一系列典型特性曲線，包括導(dǎo)通區(qū)域特性、傳輸特性、導(dǎo)通電阻與柵源電壓關(guān)系、導(dǎo)通電阻與漏極電流和柵極電壓關(guān)系、導(dǎo)通電阻隨溫度變化、漏源泄漏電流與電壓關(guān)系等曲線。這些曲線能幫助工程師更好地了解器件在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，從而在設(shè)計(jì)中做出更合理的選擇。例如，通過(guò)導(dǎo)通電阻與溫度關(guān)系曲線，我們可以預(yù)估在不同溫度環(huán)境下器件的功耗和性能變化，進(jìn)而采取相應(yīng)的散熱措施。

四、開(kāi)關(guān)行為分析

功率MOSFET是電荷控制型器件，其開(kāi)關(guān)行為可通過(guò)分析輸入電容的充電過(guò)程來(lái)建模和預(yù)測(cè)。在計(jì)算上升和下降時(shí)間時(shí)，由于漏柵電容隨外加電壓變化較大，通常使用柵極電荷數(shù)據(jù)。在開(kāi)關(guān)電阻性負(fù)載時(shí)，上升和下降時(shí)間可近似由以下公式計(jì)算： [t{r}=Q{2} × R{G} /left(V{GG}-V{GSP}right)] [t{f}=Q{2} × R{G} / V{GSP}] 其中，(V{GG}) 為柵極驅(qū)動(dòng)電壓，(R{G}) 為柵極驅(qū)動(dòng)電阻，(Q{2}) 和 (V_{GSP}) 可從柵極電荷曲線讀取。

在開(kāi)啟和關(guān)斷延遲時(shí)間計(jì)算中，可使用電容曲線中的適當(dāng)值，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RC網(wǎng)絡(luò)電壓變化方程進(jìn)行計(jì)算： [t{d(on)}=R{G} C{iss} lnleft[V{GG} /left(V{GG}-V{GSP}right)right]] 在計(jì)算 (t{d(on)}) 時(shí)，電容 (C{iss}) 從對(duì)應(yīng)關(guān)斷狀態(tài)電壓的電容曲線讀取；計(jì)算 (t_{d(off)}) 時(shí)，從對(duì)應(yīng)導(dǎo)通狀態(tài)電壓的電容曲線讀取。

然而，在高開(kāi)關(guān)速度下，寄生電路元件會(huì)使分析變得復(fù)雜。MOSFET源極引腳的電感、MOSFET輸出電容以及內(nèi)部柵極電阻等都會(huì)影響開(kāi)關(guān)性能。例如，源極電感會(huì)產(chǎn)生電壓，降低柵極驅(qū)動(dòng)電流，導(dǎo)致數(shù)學(xué)求解復(fù)雜。

五、安全工作區(qū)

正向偏置安全工作區(qū)（FBSOA）曲線定義了晶體管在正向偏置時(shí)能夠安全處理的最大漏源電壓和漏極電流。這些曲線基于最大峰值結(jié)溫和25°C的殼溫。峰值重復(fù)脈沖功率限制可通過(guò)熱響應(yīng)數(shù)據(jù)和相關(guān)程序確定。在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，只要不超過(guò)額定峰值電流（IDM）和額定電壓（VDSS），且過(guò)渡時(shí)間（tr、tf）不超過(guò)10μs，就可以遍歷任何負(fù)載線。此外，整個(gè)開(kāi)關(guān)周期的平均總功率不得超過(guò) ((T{J(MAX)} - T{C})/(R_{JC}))。

對(duì)于具有E - FET標(biāo)識(shí)的功率MOSFET，可安全用于無(wú)鉗位電感負(fù)載的開(kāi)關(guān)電路中。但在雪崩狀態(tài)下，電路電感存儲(chǔ)在晶體管中的能量必須小于額定極限，并根據(jù)不同的工作條件進(jìn)行調(diào)整。需要注意的是，雪崩能量能力并非恒定值，它會(huì)隨著雪崩峰值電流和峰值結(jié)溫的增加而非線性下降。

六、訂購(gòu)信息

文檔提供了不同型號(hào)的訂購(gòu)信息，包括封裝形式和包裝數(shù)量。例如，NTD3055L104T4G采用DPAK封裝，以2500個(gè)/卷帶和卷軸的形式包裝；NTD3055L104G同樣采用DPAK封裝，但以75個(gè)/導(dǎo)軌的形式包裝。需要注意的是，部分器件已停產(chǎn)，具體信息可參考文檔第7頁(yè)的表格或聯(lián)系安森美代表獲取。

七、機(jī)械尺寸

文檔詳細(xì)給出了DPAK封裝的機(jī)械尺寸，包括各個(gè)引腳的定義和具體的尺寸范圍。這些尺寸信息對(duì)于電路板設(shè)計(jì)和布局非常重要，工程師需要根據(jù)這些尺寸來(lái)確保器件能夠正確安裝和使用。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要綜合考慮以上各個(gè)方面的因素，根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的MOSFET，并合理設(shè)計(jì)電路，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。大家在使用這些器件時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)一些特殊的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。