深入剖析 onsemi NVMFWS004N10MC N 溝道功率 MOSFET

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，MOSFET 作為關(guān)鍵的功率器件，其性能和特性直接影響著整個電路的運行效率和穩(wěn)定性。今天，我們就來詳細剖析 onsemi 推出的 NVMFWS004N10MC 這款 100V、3.9mΩ、138A 的單 N 溝道功率 MOSFET。

文件下載：onsemi NVMFWS004N10MC單N溝道功率MOSFET.pdf

一、產(chǎn)品特性亮點

1. 緊湊設(shè)計

NVMFWS004N10MC 采用了 5x6mm 的小尺寸封裝，這對于追求緊湊設(shè)計的電子產(chǎn)品來說至關(guān)重要。在如今越來越小型化的電子設(shè)備中，如便攜式電子設(shè)備、汽車電子模塊等，小尺寸的 MOSFET 能夠節(jié)省寶貴的 PCB 空間，為其他元件的布局提供更多的可能性。

2. 低損耗優(yōu)勢

• 低導(dǎo)通電阻：該 MOSFET 具有低 $R_{DS(on)}$，能夠有效降低導(dǎo)通損耗。低導(dǎo)通電阻意味著在電流通過時，MOSFET 本身產(chǎn)生的熱量更少，從而提高了電路的效率，減少了能量的浪費。這對于需要長時間工作的電子設(shè)備來說，可以顯著降低功耗，延長電池續(xù)航時間。
• 低柵極電荷和電容：低 $Q_{G}$ 和電容特性有助于減少驅(qū)動損耗。在高頻開關(guān)應(yīng)用中，快速的開關(guān)速度能夠提高電路的響應(yīng)速度和效率，而低柵極電荷和電容可以降低驅(qū)動電路的功耗，提高整個系統(tǒng)的性能。

3. 可靠性與合規(guī)性

• AEC - Q101 認證：通過了 AEC - Q101 認證，這表明該產(chǎn)品符合汽車級應(yīng)用的嚴格要求，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，能夠在惡劣的汽車環(huán)境中正常工作。
• 環(huán)保合規(guī)：該器件無鉛、無鹵、無鈹，并且符合 RoHS 標準，滿足環(huán)保要求，有助于電子工程師設(shè)計出符合環(huán)保法規(guī)的產(chǎn)品。

典型應(yīng)用

二、關(guān)鍵參數(shù)解讀

1. 最大額定值

這些最大額定值規(guī)定了 MOSFET 在正常工作時所能承受的最大電壓、電流和功率等參數(shù)。在設(shè)計電路時，必須確保實際工作條件不超過這些額定值，否則可能會導(dǎo)致器件損壞，影響電路的可靠性。

2. 熱阻額定值

熱阻是衡量 MOSFET 散熱性能的重要參數(shù)。較低的熱阻意味著 MOSFET 能夠更快地將熱量散發(fā)出去，從而保證其在工作過程中不會因為過熱而損壞。需要注意的是，熱阻會受到整個應(yīng)用環(huán)境的影響，實際值可能會有所不同。

3. 電氣特性

關(guān)斷特性

• 漏源擊穿電壓：$V{(BR)DSS}$ 在 $V{GS} = 0V$，$I_D = 250\mu A$ 時為 100V，這表明該 MOSFET 能夠承受 100V 的漏源電壓而不會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。
• 零柵壓漏極電流：$I_{DSS}$ 在不同溫度下有不同的值，$T_J = 25^{\circ}C$ 時為 1μA，$T_J = 125^{\circ}C$ 時為 100μA。較低的零柵壓漏極電流意味著在 MOSFET 關(guān)斷時，漏極和源極之間的漏電較小，有助于提高電路的效率。

導(dǎo)通特性

• 柵極閾值電壓：$V{GS(TH)}$ 在 $V{GS}=V_{DS}$，$I_D = 270\mu A$ 時為 2 - 4V，這是 MOSFET 開始導(dǎo)通的最小柵源電壓。
• 漏源導(dǎo)通電阻：$R{DS(on)}$ 在 $V{GS}= 10V$，$I_D = 48A$ 時為 3.3 - 3.9mΩ，低導(dǎo)通電阻有助于降低導(dǎo)通損耗。

電荷與電容特性

• 輸入電容：$C_{iss}$ 為 3600pF，輸入電容的大小會影響 MOSFET 的開關(guān)速度和驅(qū)動電路的設(shè)計。
• 總柵極電荷：$Q_{G(TOT)}$ 為 48nC，總柵極電荷的大小決定了驅(qū)動 MOSFET 所需的電荷量，對驅(qū)動電路的功耗有重要影響。

開關(guān)特性

• 開通延遲時間：$t_{d(ON)}$ 為 25ns，開通延遲時間越短，MOSFET 能夠更快地從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)，提高開關(guān)速度。
• 關(guān)斷延遲時間：$t_{d(OFF)}$ 為 39ns，關(guān)斷延遲時間越短，MOSFET 能夠更快地從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)斷狀態(tài)，減少開關(guān)損耗。

漏源二極管特性

• 正向二極管電壓：$V{SD}$ 在 $V{GS}=0V$，$I_S = 48A$ 時，$T_J = 25^{\circ}C$ 為 0.84 - 1.3V，$T_J = 125^{\circ}C$ 為 0.73V。正向二極管電壓的大小會影響體二極管的導(dǎo)通損耗。
• 反向恢復(fù)時間：$t_{RR}$ 為 65ns，反向恢復(fù)時間越短，體二極管在反向偏置時能夠更快地恢復(fù)到截止狀態(tài)，減少反向恢復(fù)損耗。

三、典型特性曲線分析

文檔中提供了一系列典型特性曲線，如導(dǎo)通區(qū)域特性、傳輸特性、導(dǎo)通電阻與柵源電壓關(guān)系、導(dǎo)通電阻與漏極電流和柵極電壓關(guān)系、導(dǎo)通電阻隨溫度變化、漏源漏電流與電壓關(guān)系、電容變化、柵源電壓與總電荷關(guān)系、電阻性開關(guān)時間隨柵極電阻變化、二極管正向電壓與電流關(guān)系、最大額定正向偏置安全工作區(qū)、$I_{PEAK}$ 與雪崩時間關(guān)系以及熱特性曲線等。這些曲線能夠幫助電子工程師更好地了解 MOSFET 在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，從而優(yōu)化電路設(shè)計。

例如，通過導(dǎo)通電阻與溫度的關(guān)系曲線，工程師可以預(yù)測在不同溫度環(huán)境下 MOSFET 的導(dǎo)通電阻變化情況，進而調(diào)整電路參數(shù)，確保電路在各種溫度條件下都能穩(wěn)定工作。

四、封裝與訂購信息

1. 封裝信息

該 MOSFET 采用 DFNW5 5x6（FULL - CUT SO8FL WF）封裝，文檔中詳細給出了封裝的尺寸信息，包括各個引腳的尺寸和位置。準確的封裝尺寸信息對于 PCB 設(shè)計至關(guān)重要，能夠確保 MOSFET 正確安裝在電路板上。

2. 訂購信息

產(chǎn)品型號為 NVMFWS004N10MCT1G，標記為 004W10，采用可焊側(cè)翼 DFN5（無鉛）封裝，每盤 1500 個。同時，文檔還提供了關(guān)于編帶和卷軸規(guī)格的參考信息，方便工程師進行采購和生產(chǎn)。

五、設(shè)計建議與注意事項

1. 散熱設(shè)計

由于 MOSFET 在工作過程中會產(chǎn)生熱量，因此良好的散熱設(shè)計至關(guān)重要。根據(jù)熱阻參數(shù)，合理選擇散熱片或其他散熱方式，確保 MOSFET 的結(jié)溫不超過最大額定值。在實際應(yīng)用中，可以通過熱仿真軟件對散熱設(shè)計進行優(yōu)化。

2. 驅(qū)動電路設(shè)計

考慮到 MOSFET 的柵極電荷和電容特性，設(shè)計合適的驅(qū)動電路。驅(qū)動電路的輸出電壓和電流應(yīng)能夠滿足 MOSFET 的開關(guān)要求，同時盡量減少驅(qū)動損耗。可以選擇專用的 MOSFET 驅(qū)動芯片來簡化設(shè)計。

3. 過壓和過流保護

在電路中設(shè)置過壓和過流保護電路，以防止 MOSFET 在異常情況下受到損壞。例如，可以使用穩(wěn)壓二極管來限制漏源電壓，使用保險絲或過流保護芯片來限制漏極電流。

4. 布局設(shè)計

在 PCB 布局時，應(yīng)盡量減少 MOSFET 與其他元件之間的寄生電感和電容，以提高開關(guān)速度和減少電磁干擾。同時，合理安排散熱路徑，確保熱量能夠有效地散發(fā)出去。

總之，onsemi 的 NVMFWS004N10MC N 溝道功率 MOSFET 具有諸多優(yōu)秀特性，但在實際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計要求，充分考慮其各項參數(shù)和特性，進行合理的電路設(shè)計和布局，以確保電路的性能和可靠性。你在使用這款 MOSFET 時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。