探究 onsemi FCP190N65S3 650V N 溝道 MOSFET 特性與應(yīng)用

引言

在當(dāng)今的電子設(shè)計領(lǐng)域，功率 MOSFET 扮演著至關(guān)重要的角色。它們廣泛應(yīng)用于各種電源管理和功率轉(zhuǎn)換電路中。本次要深入探討的是 onsemi 公司的 FCP190N65S3 650V N 溝道 MOSFET，這款產(chǎn)品屬于 SUPERFET III 系列，在性能和應(yīng)用方面有著獨特的優(yōu)勢。

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產(chǎn)品概述

技術(shù)亮點

FCP190N65S3 采用了 onsemi 全新的高壓超結(jié)（SJ）MOSFET 技術(shù)，利用電荷平衡技術(shù)實現(xiàn)了出色的低導(dǎo)通電阻和低柵極電荷性能。這種先進(jìn)技術(shù)能夠有效降低傳導(dǎo)損耗，提供卓越的開關(guān)性能，并能承受極高的 dv/dt 速率，這對于許多對開關(guān)速度和穩(wěn)定性有要求的應(yīng)用場景來說非常關(guān)鍵。

特性總結(jié)

• 高耐壓：在 (T_{J}=150^{circ} C) 時可承受 700V 電壓。
• 低導(dǎo)通電阻：典型 (R_{DS(on)} = 159 mOmega)，有助于減少功率損耗，提高效率。
• 超低柵極電荷：典型 (Q_{g}=33 nC)，可以降低驅(qū)動功率，提高開關(guān)速度。
• 低有效輸出電容：典型 (C_{oss(eff.)}=300 pF)，對開關(guān)過程中的能量損耗有積極影響。
• 雪崩測試：經(jīng)過 100% 雪崩測試，保證了在極端情況下的可靠性。
• 環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)：該器件為無鉛產(chǎn)品，符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用領(lǐng)域

FCP190N65S3 適用于多種電源相關(guān)的應(yīng)用場景，包括：

• 計算/顯示電源：為計算機(jī)和顯示器提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)，其低損耗特性有助于提高電源效率。
• 電信/服務(wù)器電源：在電信和服務(wù)器領(lǐng)域，對電源的穩(wěn)定性和可靠性要求極高，該 MOSFET 能夠滿足這些需求。
• 工業(yè)電源：工業(yè)環(huán)境通常較為惡劣，需要電源具備高耐壓和高可靠性，F(xiàn)CP190N65S3 可以勝任。
• 照明/充電器/適配器：在照明、充電器和適配器等設(shè)備中，其高效的開關(guān)性能有助于提高設(shè)備的整體性能。

關(guān)鍵參數(shù)分析

絕對最大額定值

需要注意的是，超過這些最大額定值可能會損壞器件，影響其功能和可靠性。

電氣特性

關(guān)斷特性

• 漏源擊穿電壓 (B{V{DSS}}): 在 (V{GS}=0 V)，(I{D}=1 mA)，(T{J}=25^{circ} C) 時為 650V；在 (T{J}=150^{circ} C) 時為 700V。
• 擊穿電壓溫度系數(shù)：(Delta B{V{DSS}} / Delta T_{J}) 為 0.6 V/°C。
• 零柵壓漏極電流 (I_{loss}): 在 (V{DS}=650 V)，(V{GS}=0 V) 時最大為 1 μA。

導(dǎo)通特性

• 柵極閾值電壓 (V_{GS(th)}): 在 (V{GS}=V{DS})，(I_{D}=0.39 mA) 時，范圍為 2.5 - 4.5V。
• 靜態(tài)漏源導(dǎo)通電阻 (R_{DS(on)}): 在 (V{GS} = 10 V)，(I{D}=8.5 A) 時，典型值為 159 mΩ，最大值為 190 mΩ。
• 正向跨導(dǎo) (g_{Fs}): 在 (V{DS}=20 V)，(I{D}=8.5 A) 時為 10 S。

動態(tài)特性

• 輸入電容 (C_{iss}): 在 (V{DS}=400 V)，(V{GS}=0 V)，(f = 1 MHz) 時為 1350 pF。
• 輸出電容 (C_{oss}): 為 30 pF。
• 有效輸出電容 (C_{oss(eff.)}): 在 (V{DS}) 從 0V 到 400V，(V{GS}=0 V) 時為 300 pF。
• 總柵極電荷 (Q_{g(tot)}): 在 (V{DS}=400 V)，(I{D}=8.5 A)，(V_{GS}=10 V) 時為 33 nC。

開關(guān)特性

• 導(dǎo)通延遲時間 (t_{d(on)}): 在 (V{DD}=400 V)，(I{D}=8.5 A)，(V{GS}=10 V)，(R{g}=4.7Omega) 時為 20 ns。
• 導(dǎo)通上升時間 (t_{r}): 為 22 ns。
• 關(guān)斷延遲時間 (t_{d(off)}): 為 57 ns。
• 關(guān)斷下降時間 (t_{f}): 為 16 ns。

源 - 漏二極管特性

• 最大連續(xù)源 - 漏二極管正向電流 (I_{S}): 為 17 A。
• 最大脈沖源 - 漏二極管正向電流 (I_{SM}): 為 42.5 A。
• 源 - 漏二極管正向電壓 (V_{SD}): 在 (V{GS}=0V)，(I{SD}=8.5A) 時為 1.2 V。
• 反向恢復(fù)時間 (t_{rr}): 在 (V{DD}=400V)，(I{SD}=8.5A)，(dI_{F} / dt = 100 A / μs) 時為 313 ns。
• 反向恢復(fù)電荷 (Q_{rr}): 為 4.9 μC。

典型性能曲線分析

導(dǎo)通區(qū)域特性

從導(dǎo)通區(qū)域特性曲線（圖 1）可以看出，不同的柵源電壓 (V{GS}) 下，漏極電流 (I{D}) 隨漏源電壓 (V_{DS}) 的變化情況。這有助于工程師了解在不同工作條件下器件的導(dǎo)通性能，從而合理選擇工作點。

轉(zhuǎn)移特性

轉(zhuǎn)移特性曲線（圖 2）展示了在不同溫度下，漏極電流 (I{D}) 與柵源電壓 (V{GS}) 的關(guān)系。溫度對轉(zhuǎn)移特性有一定影響，工程師在設(shè)計時需要考慮溫度因素對器件性能的影響。

導(dǎo)通電阻變化

導(dǎo)通電阻 (R{DS(on)}) 隨漏極電流 (I{D}) 和柵源電壓 (V_{GS}) 的變化曲線（圖 3）表明，導(dǎo)通電阻會隨著電流和電壓的變化而改變。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的電流和電壓要求來評估導(dǎo)通電阻對功率損耗的影響。

體二極管正向電壓變化

體二極管正向電壓 (V{SD}) 隨源電流 (I{S}) 和溫度的變化曲線（圖 4），可以幫助工程師了解體二極管在不同工作條件下的正向?qū)ㄌ匦?，對于需要考慮體二極管導(dǎo)通情況的應(yīng)用場景非常有用。

電容特性

電容特性曲線（圖 5）展示了輸入電容 (C{iss})、輸出電容 (C{oss}) 和反饋電容 (C{rss}) 隨漏源電壓 (V{DS}) 的變化情況。這些電容參數(shù)對開關(guān)速度和開關(guān)損耗有重要影響，工程師在設(shè)計開關(guān)電路時需要充分考慮。

柵極電荷特性

柵極電荷特性曲線（圖 6）顯示了總柵極電荷 (Q{g}) 與柵源電壓 (V{GS}) 的關(guān)系。了解柵極電荷特性有助于設(shè)計合適的柵極驅(qū)動電路，以實現(xiàn)快速、高效的開關(guān)操作。

擊穿電壓和導(dǎo)通電阻隨溫度變化

擊穿電壓 (B{V{DSS}}) 和導(dǎo)通電阻 (R{DS(on)}) 隨結(jié)溫 (T{J}) 的變化曲線（圖 7 和圖 8）表明，溫度對這兩個參數(shù)有顯著影響。在高溫環(huán)境下，需要特別關(guān)注器件的耐壓和導(dǎo)通電阻變化，以確保電路的穩(wěn)定性。

最大安全工作區(qū)

最大安全工作區(qū)曲線（圖 9）定義了器件在不同脈沖寬度和漏源電壓下的最大允許漏極電流。工程師在設(shè)計電路時，必須確保器件的工作點在最大安全工作區(qū)內(nèi)，以避免器件損壞。

最大漏極電流與殼溫關(guān)系

最大漏極電流 (I{D}) 與殼溫 (T{C}) 的關(guān)系曲線（圖 10）顯示，隨著殼溫的升高，最大允許的連續(xù)漏極電流會降低。在散熱設(shè)計時，需要根據(jù)這個特性來合理規(guī)劃散熱方案，以保證器件在安全的溫度范圍內(nèi)工作。

(E_{oss}) 與漏源電壓關(guān)系

(E{oss}) 與漏源電壓 (V{DS}) 的關(guān)系曲線（圖 11）展示了輸出電容存儲的能量隨漏源電壓的變化情況。這對于評估開關(guān)過程中的能量損耗和設(shè)計合適的緩沖電路有重要意義。

瞬態(tài)熱響應(yīng)曲線

瞬態(tài)熱響應(yīng)曲線（圖 12）描述了在不同占空比下，歸一化有效瞬態(tài)熱阻隨脈沖持續(xù)時間的變化情況。這對于分析器件在脈沖工作模式下的熱性能非常有用，工程師可以根據(jù)這個曲線來評估器件在不同工作條件下的熱穩(wěn)定性。

測試電路與波形

文檔中還給出了多種測試電路和波形圖，包括柵極電荷測試電路（圖 13）、電阻性開關(guān)測試電路（圖 14）、非鉗位電感開關(guān)測試電路（圖 15）和峰值二極管恢復(fù) dv/dt 測試電路（圖 16）。這些測試電路和波形圖為工程師提供了實際測試和驗證器件性能的參考。

機(jī)械封裝與尺寸

FCP190N65S3 采用 TO - 220 封裝，文檔詳細(xì)給出了該封裝的尺寸信息，包括各個引腳和外殼的具體尺寸范圍。在進(jìn)行 PCB 設(shè)計時，工程師需要根據(jù)這些尺寸信息來合理布局器件，確保引腳連接正確，同時考慮到散熱和空間等因素。

總結(jié)與思考

onsemi 的 FCP190N65S3 650V N 溝道 MOSFET 憑借其先進(jìn)的技術(shù)和出色的性能，在電源管理和功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。其低導(dǎo)通電阻、低柵極電荷和高耐壓等特性使其能夠滿足多種應(yīng)用場景的需求。然而，在實際應(yīng)用中，工程師需要充分考慮器件的各種參數(shù)和特性，特別是溫度對性能的影響，合理設(shè)計電路和散熱方案，以確保器件在安全、穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。大家在使用這款 MOSFET 時，有沒有遇到過一些特殊的問題或者挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。