MOSFET规格书/datasheet该如何理解
引言
作为一个电子工程师、技术人员，相信大家对 mosfet 都不会陌生。
工程师们要选用某个型号的 mosfet，首先要看的就是规格书/datasheet，拿到 mosfet 的规格书/datasheet 时，我们要怎么去理解那十几页到几十页的内容呢？
本文的目的就是为了和大家分享一下我对 mosfet 规格书/datasheet 的理解和一些观点，有什么错误、不当的地方请大家指出，也希望大家分享一下自己的一些看法，大家一起学习。
ps: 1. 后续内容中规格书/datasheet 统一称为 datasheet
2. 本文中有关 mosfet datasheet 的数据截图来自英飞凌 ipp60r190c6 datasheet
1、vds datasheet 上电气参数第一个就是 v(br)dss，即 ds 击穿电压，也就是我们关心的 mosfet 的耐压
此处v(br)dss的最小值是600v，是不是表示设计中只要mosfet上电压不超过600v mosfet就能工作在安全状态?
相信很多人的答案是“是!”，曾经我也是这么认为的，但这个正确答案是“不是!”
这个参数是有条件的，这个最小值600v是在tj=25℃的值，也就是只有在tj=25℃时，mosfet上电压不超过600v才算是工作在安全状态。
mosfet v(br)dss是正温度系数的，其实datasheet上有一张v(br)dss与tj的关系图，如下：
要是电源用在寒冷的地方，环境温度低到-40℃甚至更低的话，mosfet v(br)dss值比如：体积大的封装相比体积小的封装能够承受更大的损耗；铁封比塑封的散热性能更好.
b) 对于高压 mosfet 还得考虑爬电距离 -->高压的 mosfet 就没有 so-8 封装的，因为g/d/s 间的爬电距离不够
c) 对于低压 mosfet 还得考虑寄生参数 -->引脚会带来额外的寄生电感、电阻，寄生电感往往会影响到驱动信号，寄生电阻会影响到 rds(on)的值
d) 空间/体积 -->对于一些对体积要求严格的电源，贴片 mosfet 就显得有优势了
2). 结温：mosfet 的最高结温 tj_max=150℃，超过此温度会损坏 mosfet，实际使用中建议不要超过 70%~90% tj_max.
回到正题，mosfet id和rds(on)的关系:
(1) 封装能够承受的损耗和封装的散热性能(热阻)之间的关系
(2) mosfet通过电流id产生的损耗
(1), (2)联立，计算得到id和rds_on的关系
今天看到一篇文档，上面有提到mosfet的寿命是跟温度有关的。（下图红色框中）
3、rds（on）
从mosfet rds(on)与tj的图表中可以看到：tj增加rds(on)增大，即rds(on)是正温度系数，mosfet的这一特性使得mosfet易于并联使用。
4、vgs(th)
相信这个值大家都熟悉，但是vgs(th)是负温度系数有多少人知道，你知道吗？(下面两图分别来自bsc010ne2ls和ipp075n15n3 g datasheet.)
相信会有很多人没有注意到vgs(th)的这一特性，这也是正常的，因为高压mosfet的datasheet中压根就没有这个图，这一点可能是因为高压mosfet的vgs(th)值一般都是2.5v以上，高温时也就到2v左右。但对于低压mosfet就有点不一样了，很多低压mosfet的vgs(th)在常温时就很低，比如bsc010ne2ls的vgs(th)是1.2v~2v，高温时最低都要接近0.8v了，这样只要在gate有一个很小的尖峰就可能误触发mosfet开启从而引起整个电源系统异常。
所以，低压mosfet使用时一定要留意vgs(th)的这个负温度系数的特性！！
5、ciss, coss, crss mosfet 带寄生电容的等效模型
ciss=cgd+cgs, coss=cgd+cds, crss=cgd
ciss, coss, crss的容值都是随着vds电压改变而改变的，如下图：
在 llc 拓扑中，减小死区时间可以提高效率，但过小的死区时间会导致无法实现 zvs。因此选择在 vds 在低压时 coss 较小的 mosfet 可以让 llc 更加容易实现 zvs，死区时间也可以适当减小，从而提升效率。
6、qg, qgs, qgd
从此图中能够看出：
1. qg并不等于qgs+qgd！！
2. vgs高，qg大，而qg大，驱动损耗大
7、soa soa曲线可以分为4个部分：
1). rds_on的限制，如下图红色线附近部分
此图中：当vds=1v时，y轴对应的id为2a，rds=vds/id=0.5r ==>tj=150℃时，rds(on)约为0.5r.当vds=10v时，y轴对应的id为20a，rds=vds/id=0.5r ==>tj=150℃时，rds(on)约为0.5r.所以，此部分曲线中，soa表现为tj_max时rds(on)的限制.
mosfet datasheet上往往只有tc=25和80℃时的soa，但实际应用中不会刚好就是在tc=25或者80℃，这时候就得想办法把25℃或者80℃时的soa转换成实际tc时的曲线。怎样转换呢？有兴趣的可以发表一下意见......
2).最大脉冲电流限制，如下图红色线附近部分
此部分为mosfet的最大脉冲电流限制，此最大电流对应id_pulse.
3). vbr(dss)击穿电压限制，如下图红色线附近部分
此部分为mosfet vbr(dss)的限制，最大电压不能超过vbr(dss) ==>所以在雪崩时，soa图是没有参考意义的
4). 器件所能够承受的最大的损耗限制，如下图红色线附近部分
上述曲线是怎么来的？这里以图中红线附近的那条线（10us）来分析。
上图中，1处电压、电流分别为：88v, 59a，2处电压、电流分别为：600v, 8.5a。
mosfet要工作在soa，即要让mosfet的结温不超过tj_max(150℃)，tj_max=tc+pd*zthjc, zthjc为瞬态热阻.
soa图中，d=0，即为single pulse，红线附近的那条线上时间是10us即10^-5s，从瞬态热阻曲线上可以得到zthjc=2.4*10^-2
从以上得到的参数可以计算出：
1处的tj约为：25+88*59*2.4*10^-2=149.6℃
2处的tj约为：25+600*8.5*2.4*10^-2=147.4℃
mosfet datasheet上往往只有tc=25和80℃时的soa，但实际应用中不会刚好就是在tc=25或者80℃，这时候就得想办法把25℃或者80℃时的soa转换成实际tc时的曲线。怎样转换呢？
有兴趣的可以发表一下意见~
把25℃时的soa转换成100℃时的曲线：
1). 在25℃的soa上任意取一点，读出vds, id,时间等信息
如上图，1处电压、电流分别为：88v, 59a, tp=10us
计算出对应的功耗：pd=vds*id=88*59=5192 （a）
pd=(tj_max-tc)/zthjc -->此图对应为tc=25℃ （b）
（a），（b）联立，可以求得zthjc=(tj_max-25)/pd=0.024
2). 对于同样的tp的soa线上，瞬态热阻zthjc保持不变，tc=100℃，zthjc=0.024.
3). 上图中1点电压为88v，tc=100℃时，pd=(tj_max-100)/zthjc=2083
从而可以算出此时最大电流为i=pd/vds=2083/88=23.67a
4). 同样的方法可以算出电压为600v，tc=100℃时的最大电流
5). 把电压电流的坐标在图上标出来，可以得到10us的soa线，同样的方法可以得到其他tp对应的soa（当然这里得到的soa还需要结合tc=100℃时的其他限制条件）
这里的重点就是zthjc，瞬态热阻在同样tp和d的条件下是一样的，再结合功耗，得到不同电压条件下的电流
另外一个问题，zthjc/瞬态热阻计算：
1. 当占空比d不在zthjc曲线中时，怎么计算？
2. 当tp<10us是，怎么计算？
1). 当占空比d不在zthjc曲线中时：（其中，sthjc(t)是single pulse对应的瞬态热阻）
2. 当tpiar
2. mosfet的最大结温tj_max ==>eas、ear 雪崩能量引起发热导致的温升
1）单次雪崩能量计算：
上图是典型的单次雪崩vds,id波形，对应的单次雪崩能量为：
其中，vbr=1.3bvdss, l为提供雪崩能量的电感
雪崩能量的典型测试电路如下：
计算出来eas后，对比datasheet上的eas值，若在datasheet的范围内，则可认为是安全的（当然前提是雪崩电流2）重复雪崩能量 ear：
上图为典型的重复雪崩波形，对应的重复雪崩能量为：
其中，vbr=1.3bvdss.
计算出来ear后，对比datasheet上的ear值，若在datasheet的范围内，则可认为是安全的（此处默认重复雪崩电流这个参数不是关注的重点,trr，二极管反向回复时间 ==>越小越好，qrr，反向恢复电荷 ==>qrr大小关系到mosfet的开关损耗，越小越好，trr越小此值也会小
10、不同拓扑 mosfet 的选择 针对不同的拓扑，对mosfet的参数有什么不同的要求呢？怎么选择适合的mosfet？
欢迎大家发表意见，看法
1). 反激：
反激由于变压器漏感的存在，mosfet会存在一定的尖峰，因此反激选择mosfet时，我们要注意耐压值。通常对于全电压的输入，mosfet耐压(bvdss)得选600v以上，一般会选择650v。
若是qr反激，为了提高效率，我们会让mosfet开通时的谷底电压尽量低，这时需要取稍大一些的反射电压，这样mosfet的耐压值得选更高，通常会选择800v mosfet。
2). pfc、双管正激等硬开关：
a) 对于pfc、双管正激等常见硬开关拓扑，mosfet没有像反激那么高的vds尖峰，通常mosfet耐压可以选500v, 600v。
b) 硬开关拓扑mosfet存在较大的开关损耗，为了降低开关损耗，我们可以选择开关更快的mosfet。而qg的大小直接影响到mosfet的开关速度，选择较小qg的mosfet有利于减小硬开关拓扑的开关损耗
3). llc谐振、移相全桥等软开关拓扑：
llc、移相全桥等软开关拓扑的软开关是通过谐振，在mosfet开通前让mosfet的体二极管提前开通实现的。由于二极管的提前导通，在mosfet开通时二极管的电流存在一个反向恢复，若反向恢复的时间过长，会导致上下管出现直通，损坏mosfet。因此在这一类拓扑中，我们需要选择trr，qrr小，也就是选择带有快恢复特性的体二极管的mosfet。
4). 防反接，oring mosfet
这类用法的作用是将mosfet作为开关，正常工作时管子一直导通，工作中不会出现较高的频率开关，因此管子基本上无开关损耗，损耗主要是导通损耗。选择这类mos时，我们应该主要考虑rds(on)，而不去关心其他参数。
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2. 本文中有关 mosfet datasheet 的数据截图来自英飞凌 ipp60r190c6 datasheet
1、vds datasheet 上电气参数第一个就是 v(br)dss，即 ds 击穿电压，也就是我们关心的 mosfet 的耐压
此处v(br)dss的最小值是600v，是不是表示设计中只要mosfet上电压不超过600v mosfet就能工作在安全状态?
相信很多人的答案是“是!”，曾经我也是这么认为的，但这个正确答案是“不是!”
这个参数是有条件的，这个最小值600v是在tj=25℃的值，也就是只有在tj=25℃时，mosfet上电压不超过600v才算是工作在安全状态。
mosfet v(br)dss是正温度系数的，其实datasheet上有一张v(br)dss与tj的关系图，如下：
要是电源用在寒冷的地方，环境温度低到-40℃甚至更低的话，mosfet v(br)dss值比如：体积大的封装相比体积小的封装能够承受更大的损耗；铁封比塑封的散热性能更好.
b) 对于高压 mosfet 还得考虑爬电距离 -->高压的 mosfet 就没有 so-8 封装的，因为g/d/s 间的爬电距离不够
c) 对于低压 mosfet 还得考虑寄生参数 -->引脚会带来额外的寄生电感、电阻，寄生电感往往会影响到驱动信号，寄生电阻会影响到 rds(on)的值
d) 空间/体积 -->对于一些对体积要求严格的电源，贴片 mosfet 就显得有优势了
2). 结温：mosfet 的最高结温 tj_max=150℃，超过此温度会损坏 mosfet，实际使用中建议不要超过 70%~90% tj_max.
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(1) 封装能够承受的损耗和封装的散热性能(热阻)之间的关系
(2) mosfet通过电流id产生的损耗
(1), (2)联立，计算得到id和rds_on的关系
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3、rds（on）
从mosfet rds(on)与tj的图表中可以看到：tj增加rds(on)增大，即rds(on)是正温度系数，mosfet的这一特性使得mosfet易于并联使用。
4、vgs(th)
相信这个值大家都熟悉，但是vgs(th)是负温度系数有多少人知道，你知道吗？(下面两图分别来自bsc010ne2ls和ipp075n15n3 g datasheet.)
相信会有很多人没有注意到vgs(th)的这一特性，这也是正常的，因为高压mosfet的datasheet中压根就没有这个图，这一点可能是因为高压mosfet的vgs(th)值一般都是2.5v以上，高温时也就到2v左右。但对于低压mosfet就有点不一样了，很多低压mosfet的vgs(th)在常温时就很低，比如bsc010ne2ls的vgs(th)是1.2v~2v，高温时最低都要接近0.8v了，这样只要在gate有一个很小的尖峰就可能误触发mosfet开启从而引起整个电源系统异常。
所以，低压mosfet使用时一定要留意vgs(th)的这个负温度系数的特性！！
5、ciss, coss, crss mosfet 带寄生电容的等效模型
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1). rds_on的限制，如下图红色线附近部分
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mosfet datasheet上往往只有tc=25和80℃时的soa，但实际应用中不会刚好就是在tc=25或者80℃，这时候就得想办法把25℃或者80℃时的soa转换成实际tc时的曲线。怎样转换呢？有兴趣的可以发表一下意见......
2).最大脉冲电流限制，如下图红色线附近部分
此部分为mosfet的最大脉冲电流限制，此最大电流对应id_pulse.
3). vbr(dss)击穿电压限制，如下图红色线附近部分
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4). 器件所能够承受的最大的损耗限制，如下图红色线附近部分
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上图中，1处电压、电流分别为：88v, 59a，2处电压、电流分别为：600v, 8.5a。
mosfet要工作在soa，即要让mosfet的结温不超过tj_max(150℃)，tj_max=tc+pd*zthjc, zthjc为瞬态热阻.
soa图中，d=0，即为single pulse，红线附近的那条线上时间是10us即10^-5s，从瞬态热阻曲线上可以得到zthjc=2.4*10^-2
从以上得到的参数可以计算出：
1处的tj约为：25+88*59*2.4*10^-2=149.6℃
2处的tj约为：25+600*8.5*2.4*10^-2=147.4℃
mosfet datasheet上往往只有tc=25和80℃时的soa，但实际应用中不会刚好就是在tc=25或者80℃，这时候就得想办法把25℃或者80℃时的soa转换成实际tc时的曲线。怎样转换呢？
有兴趣的可以发表一下意见~
把25℃时的soa转换成100℃时的曲线：
1). 在25℃的soa上任意取一点，读出vds, id,时间等信息
如上图，1处电压、电流分别为：88v, 59a, tp=10us
计算出对应的功耗：pd=vds*id=88*59=5192 （a）
pd=(tj_max-tc)/zthjc -->此图对应为tc=25℃ （b）
（a），（b）联立，可以求得zthjc=(tj_max-25)/pd=0.024
2). 对于同样的tp的soa线上，瞬态热阻zthjc保持不变，tc=100℃，zthjc=0.024.
3). 上图中1点电压为88v，tc=100℃时，pd=(tj_max-100)/zthjc=2083
从而可以算出此时最大电流为i=pd/vds=2083/88=23.67a
4). 同样的方法可以算出电压为600v，tc=100℃时的最大电流
5). 把电压电流的坐标在图上标出来，可以得到10us的soa线，同样的方法可以得到其他tp对应的soa（当然这里得到的soa还需要结合tc=100℃时的其他限制条件）
这里的重点就是zthjc，瞬态热阻在同样tp和d的条件下是一样的，再结合功耗，得到不同电压条件下的电流
另外一个问题，zthjc/瞬态热阻计算：
1. 当占空比d不在zthjc曲线中时，怎么计算？
2. 当tp<10us是，怎么计算？
1). 当占空比d不在zthjc曲线中时：（其中，sthjc(t)是single pulse对应的瞬态热阻）
2. 当tpiar
2. mosfet的最大结温tj_max ==>eas、ear 雪崩能量引起发热导致的温升
1）单次雪崩能量计算：
上图是典型的单次雪崩vds,id波形，对应的单次雪崩能量为：
其中，vbr=1.3bvdss, l为提供雪崩能量的电感
雪崩能量的典型测试电路如下：
计算出来eas后，对比datasheet上的eas值，若在datasheet的范围内，则可认为是安全的（当然前提是雪崩电流
上图为典型的重复雪崩波形，对应的重复雪崩能量为：
其中，vbr=1.3bvdss.
计算出来ear后，对比datasheet上的ear值，若在datasheet的范围内，则可认为是安全的（此处默认重复雪崩电流这个参数不是关注的重点,trr，二极管反向回复时间 ==>越小越好，qrr，反向恢复电荷 ==>qrr大小关系到mosfet的开关损耗，越小越好，trr越小此值也会小
10、不同拓扑 mosfet 的选择 针对不同的拓扑，对mosfet的参数有什么不同的要求呢？怎么选择适合的mosfet？
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1). 反激：
反激由于变压器漏感的存在，mosfet会存在一定的尖峰，因此反激选择mosfet时，我们要注意耐压值。通常对于全电压的输入，mosfet耐压(bvdss)得选600v以上，一般会选择650v。
若是qr反激，为了提高效率，我们会让mosfet开通时的谷底电压尽量低，这时需要取稍大一些的反射电压，这样mosfet的耐压值得选更高，通常会选择800v mosfet。
2). pfc、双管正激等硬开关：
a) 对于pfc、双管正激等常见硬开关拓扑，mosfet没有像反激那么高的vds尖峰，通常mosfet耐压可以选500v, 600v。
b) 硬开关拓扑mosfet存在较大的开关损耗，为了降低开关损耗，我们可以选择开关更快的mosfet。而qg的大小直接影响到mosfet的开关速度，选择较小qg的mosfet有利于减小硬开关拓扑的开关损耗
3). llc谐振、移相全桥等软开关拓扑：
llc、移相全桥等软开关拓扑的软开关是通过谐振，在mosfet开通前让mosfet的体二极管提前开通实现的。由于二极管的提前导通，在mosfet开通时二极管的电流存在一个反向恢复，若反向恢复的时间过长，会导致上下管出现直通，损坏mosfet。因此在这一类拓扑中，我们需要选择trr，qrr小，也就是选择带有快恢复特性的体二极管的mosfet。
4). 防反接，oring mosfet
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