上個(gè)月調(diào)一個(gè) 24V/3A 的輔助電源，開關(guān)管老是無緣無故燙手。用示波器鉤了一下柵極波形，上升沿有個(gè)明顯的振鈴，頻率大概 30MHz 左右。查了半個(gè)鐘，發(fā)現(xiàn)是柵極驅(qū)動(dòng)回路走線繞了兩圈，寄生電感太大，管子在線性區(qū)多待了那么幾十納秒就發(fā)熱嚴(yán)重。換用 878321614 之后順手把驅(qū)動(dòng)回路縮短到 10mm 以內(nèi)，波形干凈了，溫升降了整整 15°C。這種問題，說白了就是驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)沒處理好。
878321614 屬于高壓功率 MOSFET。這類管子市面上選擇很多，但真正用在項(xiàng)目里坑也不少。實(shí)際項(xiàng)目里我一般先看幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：柵極電荷能不能跟驅(qū)動(dòng) IC 的拉灌電流匹配、導(dǎo)通電阻隨結(jié)溫升上去多少、封裝散熱能力夠不夠。這篇筆記就順著這個(gè)思路，把這個(gè)器件的參數(shù)過一遍，再聊聊選型時(shí)怎么避免踩坑。
先從驅(qū)動(dòng)角度看柵極電荷與開關(guān)損耗
MOSFET 的開關(guān)過程不是瞬間的，驅(qū)動(dòng)電流要給柵極電容充放電。878321614 的典型柵極電荷 Qg 是 15nC，這個(gè)值不算高。舉個(gè)例子，如果驅(qū)動(dòng) IC 的峰值電流是 1A，算下來開啟時(shí)間大約 15ns，對于幾十 kHz 的開關(guān)頻率來說夠用。但注意——手冊上給的 Qg 是在特定 VGS 和 VDS 條件下測的，實(shí)際電路里如果母線電壓變了，或者驅(qū)動(dòng)電壓不一樣，實(shí)際需要的電荷也會(huì)變。
這里有個(gè)經(jīng)驗(yàn)：Qg 越低，驅(qū)動(dòng)損耗理論上越小，但代價(jià)通常是導(dǎo)通電阻會(huì)大一些。878321614 的 RDS(on) 典型值 1.2Ω 在 600V 耐壓級別的管子里面屬于中等偏上，適合做 50-100W 級別的開關(guān)電源主開關(guān)管。如果你要做幾百瓦的電源，這個(gè)導(dǎo)通電阻會(huì)讓通態(tài)損耗偏高，不太劃算。
說完驅(qū)動(dòng)，再提一下米勒平臺。很多初學(xué)者設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路不看米勒平臺電壓，結(jié)果驅(qū)動(dòng)電壓不夠，管子在線性區(qū)磨蹭半天才完全開通。對于 878321614，手冊上沒給具體的米勒平臺電壓值，但一般 600V 耐壓的 MOSFET 平臺電壓在 3-5V 左右，驅(qū)動(dòng)電壓至少拉到 10V 才保險(xiǎn)。老實(shí)說，我以前被這個(gè)坑過，現(xiàn)在每個(gè)項(xiàng)目都習(xí)慣先算一下驅(qū)動(dòng)電路的電壓擺幅。
參數(shù)表里的關(guān)鍵項(xiàng)
| 參數(shù)名 | 數(shù)值 | 工程意義說明 |
|---|---|---|
| 漏源電壓 (VDS) | 600V | 管子關(guān)斷時(shí)能承受的最大電壓，實(shí)際使用建議留 20% 降額 |
| 連續(xù)漏極電流 (ID) | 8A | 殼溫 25°C 下的最大連續(xù)電流，高溫下需降額使用 |
| 導(dǎo)通電阻 RDS(on) | 1.2Ω (典型值) | 完全導(dǎo)通后的源漏電阻，決定通態(tài)損耗，溫度升高會(huì)增大 |
| 柵極電荷 (Qg) | 15nC (典型值) | 開關(guān)一次需要的電荷量，影響驅(qū)動(dòng)損耗和開關(guān)速度 |
| 封裝形式 | TO-220 | 直插封裝，適合散熱器安裝，熱阻比貼片封裝小 |
| 工作結(jié)溫 (Tj) | -55°C ~ +150°C | 器件結(jié)溫允許范圍，實(shí)際項(xiàng)目建議控制在 125°C 以下 |
關(guān)鍵參數(shù)解讀：導(dǎo)通電阻與溫升的關(guān)聯(lián)
上面表格里，RDS(on) 的典型值是 1.2Ω，但這個(gè)值在結(jié)溫升到 100°C 時(shí)可能會(huì)翻倍到 2.4Ω 甚至更高。MOSFET 的溝道電阻具有正溫度系數(shù)，溫度越高電阻越大，這是個(gè)好消息也是壞消息——好消息是管子不容易熱失控，壞消息是如果你按 25°C 的 RDS(on) 算損耗，實(shí)際裝到機(jī)箱里很可能過熱。建議按 125°C 下 RDS(on) 大約為 25°C 時(shí)的 1.7 倍來估算通態(tài)損耗，給自己留點(diǎn)余量。
另外，660V 的 VDS 額定值，對于 220V AC-DC 應(yīng)用（母線電壓約 310V）是足夠的，但如果你做逆變器或者輸入電壓波動(dòng)大的場合，比如光伏應(yīng)用中母線可能沖到 400V 以上，那就需要選更高耐壓等級的管子了。這個(gè)型號在這個(gè)電壓段算中規(guī)中矩，不做極端應(yīng)用的話挺合適。
封裝方面，TO-220 能裝散熱器，熱阻控制得當(dāng)?shù)脑捒梢該蔚綆淄叩暮纳?。不過要注意，很多工程師裝了散熱器卻忘了涂導(dǎo)熱硅脂，或者散熱器跟管子接觸面有毛刺，這個(gè)坑我親眼見過好幾次。
什么情況下選它，什么情況下別選它
如果你在做中小功率的開關(guān)電源、LED 驅(qū)動(dòng)或者小逆變器，工作電流不大，對成本有些敏感，878321614 是可以考慮的。它的導(dǎo)通電阻和柵極電荷搭配比較均衡，不是那種一味追求低 RDS(on) 而犧牲開關(guān)速度的設(shè)計(jì)，適合普通硬開關(guān)拓?fù)洹?p>但是，如果你需要做高頻開關(guān)（比如 200kHz 以上），或者電流超過 5A 還要求高效率，那這款管子的導(dǎo)通損耗會(huì)偏高，不如看看更低 RDS(on) 的平面型或超結(jié)型 MOSFET。另外，如果對封裝有自動(dòng)化貼片需求，TO-220 是直插的，不如 D2PAK 方便?？傊?，選型這事沒有萬能藥，合適的就是最好的。項(xiàng)目里多留幾個(gè)備選方案，測一下實(shí)際波形和溫升，比光看手冊保險(xiǎn)得多。
