MOS管熱阻參數(shù)解讀及熱阻測(cè)試原理-KIA MOS管

MOS管熱阻參數(shù)解讀（熱阻、輸入輸出電容及開(kāi)關(guān)時(shí)間）

以下用到的SPEC參數(shù)是Rohm的NMOS管RE1C001UN

定義：熱阻指的是當(dāng)有熱量在物體上傳輸時(shí)，在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值，單位是℃/W或者是K/W。半導(dǎo)體散熱的三個(gè)途徑，封裝頂部到空氣，封裝底部到電路板，封裝引腳到電路板。

熱阻的計(jì)算

MOS管熱阻

Tj：芯片結(jié)溫，Ta：芯片環(huán)境溫度，熱阻ThetaJA = (Tj-Ta)/P

還有一些其他的熱阻參數(shù)如下：

ThetaJA=(Tj-Ta)/P，結(jié)到空氣環(huán)境的熱阻。

ThetaJC=(Tj-Tc)/P，結(jié)到封裝外殼的熱阻，一般而言是到封裝頂部的熱阻，所以一般的，ThetaJC = ThetaJT

ThetaJB=(Tj-Tb)/P，結(jié)到PCB的熱阻。

ThetaJA參數(shù)綜合了Die的大小, 封裝方式，填充材料，封裝材料，引腳設(shè)計(jì)，外部散熱片和外部電路板的屬性多個(gè)因素，綜合來(lái)講ThetaJA和用的器件以及PCB設(shè)計(jì)有關(guān)。ThetaJC和ThetaJB這2個(gè)參數(shù)是表征芯片和封裝本身的，不會(huì)隨著芯片封裝外部環(huán)境的改變而改變。

MOS管熱阻參數(shù)解讀

Power dissipation：功率損耗，指的是NMOS消耗功率不能超過(guò)150mW

Junction temperature：結(jié)溫，結(jié)面溫度，指的是NMOS最高結(jié)溫不能超過(guò)150℃

Thermal resistance：熱阻，如下的833℃/W指的是NMOS結(jié)面相對(duì)于環(huán)境溫度的熱阻是833℃/W，假如器件消耗的功率是1W，那溫升就是833℃

MOS管熱阻

當(dāng)NMOS工作在最大功率150mW，那NMOS結(jié)到空氣的溫度就是150/1000*833≈125℃，芯片結(jié)溫就是125+25=150℃

MOS管電容

輸入電容Ciss，指的是DS短接，用交流信號(hào)測(cè)得的GS之間的電容，Ciss由GS電容和GD電容并聯(lián)而成，即Ciss=Cgs+Cgd，當(dāng)輸入電容充電至閾值電壓，MOS管才打開(kāi)，放電至一定的值，MOS管才關(guān)閉，所以Ciss和MOS管的開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)間有很大的關(guān)系。

輸出電容Coss，指的是GS短接，用交流信號(hào)測(cè)得的DS之間的電容，Coss由GD電容和DS電容并聯(lián)而成，即Coss=Cgd+Cds

反向傳輸電容Crss，指的是S接地，GD之間的電容，即Crss=Cgd

MOS管關(guān)閉下，Cgs要比Cgd大得多，Cgd=1.7pF，那Cgs=7.1-1.7=5.4pF

MOS管熱阻

從SPEC給的圖看，3個(gè)電容的大小和DS電壓有很大關(guān)系，尤其是Coss和Crss

MOS管熱阻

有的一些MOS管SPEC中還有如下的Qg，Qgs，Ggd，指的是充滿這些電容所需要的電荷數(shù)，所需要的充電電荷數(shù)越少，MOS管開(kāi)關(guān)速度就越快。

MOS管熱阻

MOS管關(guān)閉下，Cgs要比Cgd大的多，但是發(fā)現(xiàn)Qgd比Qgs大得多，這是受到米勒電容的影響

MOS管熱阻

MOS管的開(kāi)關(guān)時(shí)間

結(jié)合一下圖片理解MOS管的開(kāi)關(guān)時(shí)間。

最左邊綠色部分，ID和UD幾乎不變，因?yàn)檫@時(shí)候UGS沒(méi)有上升到閾值電壓，MOS管是關(guān)閉狀態(tài)，把UGS從0增大到閾值電壓前這段時(shí)間叫Turn-on delay time。緊接著紫色部分，當(dāng)UGS上升到閾值電壓后，隨著UGS再繼續(xù)增大，ID也逐漸增大，UD逐漸減小，直到ID到最大值，UD到最小值，這段時(shí)間叫Rise time。

同理，MOS管在關(guān)閉時(shí)，UGS沒(méi)有下降到閾值電壓，ID和UD都是不變的，把UGS下降到閾值電壓前這段時(shí)間叫Turn-off delay time，隨著UGS逐漸減小，ID減小到最小值，UD增大到最大值，這段時(shí)間叫Fall time。

MOS管熱阻

MOS管熱阻測(cè)試原理

熱阻是依據(jù)半導(dǎo)體器件PN結(jié)在指定電流下兩端的電壓隨溫度變化而變化為測(cè)試原理，來(lái)測(cè)試功率半導(dǎo)體器件的熱穩(wěn)定性或封裝等的散熱特性，通過(guò)給被測(cè)功率器件施加指定功率、指定時(shí)間，PN結(jié)兩端的電壓變化(△VBE／△VF／△VGK／△VT／△VSD)作為被測(cè)器件的散熱判據(jù)。并與指定規(guī)范值比較，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行篩選，將散熱性差的產(chǎn)品篩選掉，避免散熱性差的產(chǎn)品在應(yīng)用過(guò)程中，因溫升過(guò)高導(dǎo)致失效。

MOS熱阻測(cè)試是通過(guò)測(cè)試MOS體二極管兩端電壓變化△VSD來(lái)實(shí)現(xiàn)的，先后分別測(cè)試MOS管MOS體二極管正向壓降Vsd1（加熱前）和Vsd2（加熱后）。步驟：1、MOS加熱前，先測(cè)量讓MOS體二極管以Is電流（Is=10mA）流動(dòng)時(shí)的Vsd1值，原理圖見(jiàn)下圖-左；2、給MOS管Vgs加壓，讓MOS以ID電流開(kāi)通PT時(shí)間，加熱MOS管，原理圖見(jiàn)下圖-中；3、再測(cè)量讓MOS體二極管以Is電流（Is=10mA）流動(dòng)時(shí)的Vsd2值，原理圖見(jiàn)下圖-右；4、DVDS=Vsd1-Vsd2，DVDS?正常合格范圍為45~85mV；

MOS管熱阻