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Si功率元件

Si電晶體

所謂MOSFET-閾值、ID-VGS特性及溫度特性

繼上一篇MOSFET的開關特性之後,本篇介紹MOSFET的重要特性–閘極閾值電壓、ID-VGS特性、以及各自的溫度特性。

MOSFET的VGS(th):閘極閾值電壓

MOSFET的VGS(th):閘極閾值電壓是為使MOSFET導通,閘極與源極間必需的電壓。也就是說,VGS如果是閾值以上的電壓,則MOSFET可導通。

可能會有人提出疑問說這種「MOSFET導通」的狀態,到底「電流ID是多少的狀態呢?」。的確,ID會隨VGS而產生變化。從VGS(th)規格值的角度來看,只要條件沒有確定,就無法保證VGS(th)的值,因此在MOSFET的技術規格中明確規定了條件。這張表個是從N-ch 600V 4A的功率MOSFET:R6004KNX的技術規格中所摘錄出來的。

Si_2-4_spec

藍線框起來的是VGS(th),條件欄中的是VDS=10V、ID=1mA,在該條件下保證VGS(th)最小3V、最大5V(Ta=25℃)。

也就是使VGS不斷上升,則MOSFET開始導通(ID流出),ID為1mA時VGS為3V以上5V以下的某個值,該值就是VGGS(th)。表達的方法有很多,可以將VDS=10V、ID=1mA時定義為MOSFET的導通狀態,將此時的VGS作為VGS(th),可以說值就介於3V~5V之間。

順便提一下,不僅侷限於MOSFET,相對於輸入,輸出和功能的導通/關斷等某種狀態改變的電壓和電流的值,就稱為“閾值”。

VGS(th)、ID-VGS與溫度特性

從最初表示ID-VGS特性的圖表中,讀取這個MOSFET的VGS(th)。VDS=10V的條件是一致的。因為ID是把1mA時的VGS做為VGS(th),所以Ta=25℃曲線與1mA(0.001A)線的交界處的VGS約3.8V。技術規格中雖沒有顯示出代表值(Typ),但從圖表中可以看出,VGS(th)的Typ值為3.8V左右。圖表的值基本上可理解為Typ值。

然後是ID-VGSVGS(th)作為,VGS的規格值,ID=1mA雖然也是可以,但實際上在使用時,應該沒有使用4A的MOSFET、把ID做為1mA的使用方法。例如Ta=25℃,需要1A的ID時,從這張圖表中可以看出,所需的VGS為5.3V左右。

Si_2-4_idvgs

由圖可知,ID-VGS的溫度特性是隨著溫度升高,VGS恒定的話,ID呈増加趨勢。以前面的Ta=25℃、ID=1A的條件為例,Ta=75℃時ID約1.5A左右,在部分的使用條件下需要注意。

順序雖然是反的,但請看VGS(th)的溫度特性圖表。就像從ID-VGS的圖表中讀取到的一樣,25℃時VGS(th)約3.8V。這張圖中的溫度是Tj,如同被記述為“pulsed”一樣,因為是脈衝試驗的資料,因此可以認為是Tj≒Ta≒25℃。

在溫度特性上可以看出VGS(th)隨著溫度的升高有下降的趨勢。這表明當溫度上升時,VGS(th)變低,就表示更低的VGS流過更多的ID。當然,也就是說,這與ID-VGS的溫度特性是一致的。

另外,VGS(th)可用於推算Tj。因為VGS(th)的溫度特性具有直線性,因此可除以係數,根據VGS(th)的變化量來計算出溫度上升量。

Si_2-4_gvthjt

重點:

・將MOSFET導通的電壓稱為“閘極閾值”。

・VGS恒定的話,ID會隨溫度上升而増加,因此在有些條件下需要注意。

・可根據VGS(th)的變化,推算出大致的Tj。


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