MOS管热阻参数解读及热阻测试原理-KIA MOS管

MOS管热阻参数解读（热阻、输入输出电容及开关时间）

以(yi)下用到的(de)SPEC参数是Rohm的(de)NMOS管RE1C001UN

定义：热阻指(zhi)的(de)是当有热量在物(wu)体(ti)上(shang)传输时，在物(wu)体(ti)两端(duan)温度差(cha)与(yu)热源的(de)功(gong)率之间(jian)的(de)比值，单位是℃/W或者是K/W。半导体(ti)散(san)热(re)的三个途径，封(feng)装顶部(bu)到(dao)空气，封(feng)装底部(bu)到(dao)电(dian)路(lu)板(ban)，封(feng)装引(yin)脚到(dao)电(dian)路(lu)板(ban)。

热阻的计算

Tj：芯片结温，Ta：芯片环境(jing)温度，热阻(zu)ThetaJA = (Tj-Ta)/P

还有一些其他的热(re)阻参数如下(xia)：

ThetaJA=(Tj-Ta)/P，结到空(kong)气环(huan)境的热阻。

ThetaJC=(Tj-Tc)/P，结到封装(zhuang)外壳(qiao)的热阻，一般而言是(shi)到封装(zhuang)顶(ding)部的热阻，所以一般的，ThetaJC = ThetaJT

ThetaJB=(Tj-Tb)/P，结到PCB的热阻。

ThetaJA参数(shu)综(zong)合(he)了Die的(de)大小, 封(feng)装(zhuang)(zhuang)方式，填充(chong)材(cai)料(liao)，封(feng)装(zhuang)(zhuang)材(cai)料(liao)，引脚设计(ji)，外(wai)部(bu)散热片(pian)和(he)外(wai)部(bu)电路板(ban)的(de)属(shu)性多个因素，综(zong)合(he)来讲ThetaJA和(he)用的(de)器件(jian)以及PCB设计(ji)有关。ThetaJC和(he)ThetaJB这2个参数(shu)是表征芯(xin)(xin)片(pian)和(he)封(feng)装(zhuang)(zhuang)本身的(de)，不会(hui)随着芯(xin)(xin)片(pian)封(feng)装(zhuang)(zhuang)外(wai)部(bu)环境的(de)改变而改变。

MOS管热阻参数解读

Power dissipation：功率损耗，指的(de)是NMOS消耗功率不能超过150mW

Junction temperature：结(jie)温(wen)(wen)，结(jie)面温(wen)(wen)度，指的是NMOS最高结(jie)温(wen)(wen)不能超(chao)过150℃

Thermal resistance：热阻，如下的833℃/W指的是NMOS结面相对于(yu)环境温(wen)度的热阻是833℃/W，假如器件消耗(hao)的功率是1W，那温(wen)升就(jiu)是833℃

当NMOS工作在最大功(gong)率150mW，那NMOS结(jie)(jie)到空气的温(wen)度就是150/1000*833≈125℃，芯片结(jie)(jie)温(wen)就是125+25=150℃

MOS管电容

输入电(dian)容Ciss，指(zhi)的(de)是DS短接，用交流信号测得的(de)GS之间(jian)的(de)电(dian)容，Ciss由GS电(dian)容和(he)GD电(dian)容并(bing)联而成，即Ciss=Cgs+Cgd，当输入电(dian)容充电(dian)至(zhi)(zhi)阈值电(dian)压，MOS管(guan)才打开，放电(dian)至(zhi)(zhi)一(yi)定的(de)值，MOS管(guan)才关闭，所以Ciss和(he)MOS管(guan)的(de)开启关闭时间(jian)有很大的(de)关系(xi)。

输出电(dian)容(rong)(rong)Coss，指(zhi)的是GS短接(jie)，用交流信(xin)号测得(de)的DS之间的电(dian)容(rong)(rong)，Coss由GD电(dian)容(rong)(rong)和DS电(dian)容(rong)(rong)并联而(er)成，即Coss=Cgd+Cds

反向(xiang)传输电容(rong)Crss，指的是S接地，GD之间(jian)的电容(rong)，即Crss=Cgd

MOS管关闭(bi)下(xia)，Cgs要比Cgd大得多(duo)，Cgd=1.7pF，那(nei)Cgs=7.1-1.7=5.4pF

从SPEC给的图看，3个(ge)电(dian)容(rong)的大小和DS电(dian)压有很大关系(xi)，尤(you)其是Coss和Crss

有(you)(you)的(de)(de)一些(xie)(xie)MOS管SPEC中(zhong)还有(you)(you)如(ru)下的(de)(de)Qg，Qgs，Ggd，指的(de)(de)是充满这些(xie)(xie)电(dian)(dian)容所需(xu)(xu)要的(de)(de)电(dian)(dian)荷数，所需(xu)(xu)要的(de)(de)充电(dian)(dian)电(dian)(dian)荷数越(yue)少，MOS管开(kai)关速度就越(yue)快。

MOS管关(guan)闭下(xia)，Cgs要比Cgd大的多(duo)，但是发现Qgd比Qgs大得(de)多(duo)，这是受到米勒电容的影响

MOS管的开关时间

结合(he)一下图片理解MOS管的开关时间(jian)。

最左(zuo)边绿色部分，ID和UD几乎不变(bian)，因为这时候(hou)UGS没有上升到(dao)(dao)阈值(zhi)电压(ya)，MOS管是关(guan)闭状(zhuang)态，把(ba)UGS从0增(zeng)(zeng)大到(dao)(dao)阈值(zhi)电压(ya)前这段时间叫Turn-on delay time。紧接着紫色部分，当UGS上升到(dao)(dao)阈值(zhi)电压(ya)后，随(sui)着UGS再继续增(zeng)(zeng)大，ID也逐渐增(zeng)(zeng)大，UD逐渐减小，直到(dao)(dao)ID到(dao)(dao)最大值(zhi)，UD到(dao)(dao)最小值(zhi)，这段时间叫Rise time。

同理，MOS管在关闭时，UGS没有下(xia)降到阈值电压(ya)，ID和(he)UD都(dou)是不变的，把UGS下(xia)降到阈值电压(ya)前这段时间叫(jiao)Turn-off delay time，随着(zhe)UGS逐渐减(jian)小，ID减(jian)小到最小值，UD增大到最大值，这段时间叫(jiao)Fall time。

MOS管热阻测试原理

热(re)(re)(re)阻是依(yi)据(ju)半(ban)导(dao)体器(qi)件PN结在指(zhi)(zhi)定(ding)(ding)(ding)电流(liu)下两端的(de)(de)电压随温度变化(hua)而变化(hua)为测试原理，来测试功(gong)(gong)率半(ban)导(dao)体器(qi)件的(de)(de)热(re)(re)(re)稳定(ding)(ding)(ding)性或封装等(deng)的(de)(de)散(san)(san)热(re)(re)(re)特性，通(tong)过给被(bei)测功(gong)(gong)率器(qi)件施加(jia)指(zhi)(zhi)定(ding)(ding)(ding)功(gong)(gong)率、指(zhi)(zhi)定(ding)(ding)(ding)时间，PN结两端的(de)(de)电压变化(hua)(△VBE／△VF／△VGK／△VT／△VSD)作为被(bei)测器(qi)件的(de)(de)散(san)(san)热(re)(re)(re)判(pan)据(ju)。并与指(zhi)(zhi)定(ding)(ding)(ding)规范(fan)值比(bi)较，根据(ju)测试结果进行筛选，将(jiang)散(san)(san)热(re)(re)(re)性差的(de)(de)产品筛选掉，避(bi)免散(san)(san)热(re)(re)(re)性差的(de)(de)产品在应用过程中，因(yin)温升(sheng)过高导(dao)致失效(xiao)。

MOS热(re)阻测(ce)(ce)试是通(tong)过测(ce)(ce)试MOS体(ti)二(er)极管(guan)(guan)两端电(dian)(dian)压变化△VSD来实现的(de)，先后(hou)分别测(ce)(ce)试MOS管(guan)(guan)MOS体(ti)二(er)极管(guan)(guan)正(zheng)(zheng)向压降(jiang)Vsd1（加热(re)前）和Vsd2（加热(re)后(hou)）。步(bu)骤：1、MOS加热(re)前，先测(ce)(ce)量让MOS体(ti)二(er)极管(guan)(guan)以Is电(dian)(dian)流(liu)(liu)（Is=10mA）流(liu)(liu)动(dong)时的(de)Vsd1值(zhi)，原理(li)图(tu)见下图(tu)-左；2、给MOS管(guan)(guan)Vgs加压，让MOS以ID电(dian)(dian)流(liu)(liu)开通(tong)PT时间，加热(re)MOS管(guan)(guan)，原理(li)图(tu)见下图(tu)-中；3、再测(ce)(ce)量让MOS体(ti)二(er)极管(guan)(guan)以Is电(dian)(dian)流(liu)(liu)（Is=10mA）流(liu)(liu)动(dong)时的(de)Vsd2值(zhi)，原理(li)图(tu)见下图(tu)-右；4、DVDS=Vsd1-Vsd2，DVDS?正(zheng)(zheng)常合(he)格范围为(wei)45~85mV；

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