英飞凌 MOSFET datasheet 详解——那些你需要关注的关键参数与典型应用 (下)

在前两篇文章中，我们系统解读了 MOSFET 数据手册中的九大核心参数：功率损耗、漏极电流、安全工作区（SOA）、瞬态热阻抗、雪崩特性、V_GS(th)、寄生电容与栅极电荷、体二极管以及热阻。

本文将在此基础上，结合汽车电子中的三大典型应用场景——DCDC 转换器、PDU/SPDU/efuse、BLDC 电机驱动，分析这些关键参数在实际设计中的选型要点和注意事项，帮助工程师将参数知识转化为实战能力。

一、DCDC 转换器

在 DCDC 应用中，MOS 作为开关器件，存在开关损耗和导通损耗两种功耗情况。参考图1、图2的典型 ON/OFF 回路图和工作逻辑，可知 DCDC 中 MOS 选型的关键参数如下。在后续的 DCDC 器件计算系列文章中，会详细介绍 MOS 的功耗计算方式和工作逻辑。

图1 典型 BOOST 电路

图2 典型同步 BUCK 电路

参考 DCDC 的工作逻辑，在 DCDC 中选型 MOS，更多集中在以下几点：

在实际 PDU、SPDU、efuse 应用中的 MOS 面临的挑战是非常相似的。其等效电路如下图（图3）所示：

图3 感性等效电路

不论是存在真实的感性负载，还是因线缆引起的寄生电感的情况，对于 MOS 的考验都是类似的：

E_AS：长期可靠性和寿命的保证。
V_DS：特别注意低温降额。
I_D：高温下的 I_D降额。
V_GS(th)：MOS 基本在 high-side，浮地的，对 driver 的要求很高，避免误导通。同时通常多 MOS 并联，V_GS(th) 一致性直接影响了 MOS 均流的效果，在另一篇文章《MOS 并联应用中影响均流的因素以及英飞凌 MOS 的优势》中有讨论。
Qg：通常 MOS 并联非常多，Qg 直接影响了 ON-rise，OFF-fall 的时间，决定了开关损耗，影响 EMC 等。同时也是避免 thermal instability 失效的重点关注点。
R_Ds-on：R_Ds-on的一致性直接决定了 MOS 均流的效果，在《MOS 并联应用中影响均流的因素以及英飞凌 MOS 的优势》中有讨论。
R_th-JC：不同封装的不同热阻将决定 MOS 的散热。

六步换相是最经典的 BLDC 控制方法，适用于反电动势为梯形波的电机。它的核心思想是：每一时刻只让两相通电，第三相悬空用于检测反电动势，总共六个步骤构成一个完整周期。

图4 BLDC 六步换相

下图（图5）显示了在 PWM 开启和关闭期间电流如何流经 MOS 和体二极管。因二极管的正向压降的问题，在大电流的情况下，损耗非常大。如 IAUCN04S7N006T 的体二极管压降为 0.8V，而内阻为 0.64mR。假设电流 10A，体二极管损耗为 8W，而 MOS 内阻损耗为 0.064W。

图5 体二极管续流

图6 MOS 续流

可以看到，在任意一步中，上下管之间都是在对“电感“做充、放电的，同时为了避免同一相的上下管同时直通，会在同一相的上下管之间安排死区时间。在死区中，电感通过 MOS 的体二极管或者 MOS 做续流。

在 BLDC 应用中，对 MOSFET 的考验主要集中在以下几点：

I_D：高温下的 I_D 降额。
V_GS(th)：三相桥架构，上臂浮地的，对 driver 的要求很高，需避免误导通。
Qg：Qg 直接影响了 ON-rise，OFF-fall 的时间，决定了开关损耗，影响 EMC 等。同时也是避免 thermal instability 失效的重点关注点。
R_th-JC：BLDC 目前基本上在小型化，封装的热阻将决定 MOS 的散热。
Reverse Diode：Reverse Diode 的特性将直接影响 EMC、效率等。

《MOSFET datasheet详解——那些你需要关注的关键参数与典型应用》解读了部分 MOS 的 datasheet 的关键参数，并介绍了在使用功率 MOSFET 时的一些最常见注意事项。在实际应用中还有更多需要注意的细节参数，在任何功率电路中一个良好的 MOS 选型，都是系统最优化的基础。

在实际 MOS 选型中，无论任何应用，一定先关注 MOS 的 SOA 参数的限制，避免超规格使用，是保证 MOS 可靠性的第一要求。

在实际设计中，第一步是选择最适合的器件和散热布局，以满足设计的性能要求。然后优化栅极驱动，以达到关断瞬态和体二极管所带来应力与开关损耗的平衡。最后，应优化 PCB 布局，以最大限度地减少高电流开关路径中的寄生电感。

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