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功率MOSFET在汽车电子中的应用及关键参数解析

随着汽车电子向功率化方向发展，功率MOSFET因其高效、快速开关和低导通损耗等特性，成为汽车电子中不可或缺的元件。

以下是关于功率MOSFET的特点、应用及其关键参数的详细解析。

功率MOSFET输出电流较大,一般在几安至几十安的范围内。

MOSFET与三极管相比具有如下特点:

MOSFET是电压控制型器件,栅极输人阻抗高,驱动时候并不需要很大的静态电流;导通时的损耗较小,由于目前沟道型的MOSFET导通电阻通过工艺的改进越来越小，因此导通功耗也在逐渐下降,工作频率范围宽,开关速度快。通过合适的驱动电路,MOSFET可应用多种软开关技术降低开关损耗。

应用功率MOSFET首先需要了解其参数,按照性能。

1. 功率MOSFET的特点

电压控制型器件：MOSFET的栅极输入阻抗高，驱动时不需要很大的静态电流，适合低功耗应用。

低导通损耗：现代沟道型MOSFET的导通电阻R_DS(on)通过工艺改进不断降低，进一步减少了导通功耗。

高频特性：MOSFET开关速度快，工作频率范围宽，适合高频开关应用。

软开关技术：通过合适的驱动电路，MOSFET可以应用多种软开关技术零电压开关ZVS、零电流开关ZCS，进一步降低开关损耗。

2. 功率MOSFET的关键参数

功率MOFET的参数可分为三大类：极限参数、静态参数和动态参数。以下是极限参数的详细说明：

 极限参数

极限参数定义了MOSFET能够承受的最大值，是确保器件安全运行的关键指标。

最大漏源电压V_DSS：

定义：在栅源两极短接时，漏源极间未发生雪崩击穿前所能施加的最大电压。

意义：虽然V_DSS是一个重要参数，但实际应用中更关注雪崩击穿电压V_(BR)DSS，因为它更能反映器件在瞬态过压情况下的可靠性。

最大栅源电压V_GSS：

定义：栅源两极间可以

施加的最大电压。

意义：过高的栅源电压会导致栅氧化层损伤。尽管实际栅氧化层可能承受高于V_GSS的电压，但为保障可靠性，通常将V_GSS限制在±20V以内。

连续漏源极电流I_D：

定义：在常温下，结温达到最大额定结温T_max之前，漏源极允许的最大连续直流电流。

意义：此参数未考虑开关功耗，实际应用中需结合热设计进行综合评估。

脉冲漏源极电流I_DM：

定义：MOSFET能承受的脉冲电流大小，通常远大于连续漏源极电流I_D。

意义：在MOSFET处于放大区或源极电流较大时，此参数尤为重要。

雪崩能量E_AR：

定义：MOSFET能承受的瞬时浪涌脉冲能量的最大值，分为单脉冲雪崩能量E_AS和重复脉冲雪崩能量E_AR。

意义：在切断感性负载时，MOSFET可能会承受瞬态电压，需通过雪崩能量和击穿电流验证瞬态抑制能力。

雪崩击穿电流I_R：

定义：在雪崩击穿过程中，MOSFET对瞬态雪崩电流的最大限值。

意义：通常与雪崩能量一起用于验证瞬态抑制过程。

3. 功率MOSFET在汽车电子中的应用

电机驱动：用于驱动电动助力转向EPS、电动水泵、风扇等。

电源管理：在DC-DC转换器、电池管理系统BMS中作为开关器件。

照明控制：用于LED驱动和车灯控制。

动力系统：在混合动力和电动汽车中，用于逆变器和驱动电机控制。

4.雪崩能量

雪崩能量EAR:表征MOSFET可以承受的瞬时浪涌脉冲能量的最大值,可分为单脉冲雪崩能量E^s和重复脉冲雪崩能量E两种不同的定义方式。MOSFET切断感性负载时

产生的瞬态电压是需要仔细确认的。

雪崩击穿电流(IR):在雪崩击穿过程中,部分MOSFET对瞬态的雪崩电流最大值存在一定的限值。通常验算雪崩能量和击穿电流两个参数来验证瞬态抑制的过程。如图所示,,为雪崩击穿的时间,此时MOSFET上的电压超过最大漏源电压但还未达到雪崩击穿的区域,Vos<V.<(BR)DSS 。

总结：

功率MOSFET在汽车电子中发挥着关键作用，其高效、快速开关和低导通损耗等特性使其成为不可或缺的元件。MOSFET作为电压控制型器件，具有高输入阻抗、低导通损耗、高频特性和软开关技术等优势。了解其参数对于应用至关重要，其中极限参数如最大漏源电压、最大栅源电压、连续漏源极电流、脉冲漏源极电流、雪崩能量和雪崩击穿电流等，确保了器件的安全运行。在汽车电子中，功率MOSFET广泛应用于电机驱动、电源管理、照明控制和动力系统等领域。特别是在混合动力和电动汽车中，MOSFET在逆变器和驱动电机控制中发挥着核心作用。雪崩能量和击穿电流等参数的合理验算，对于验证MOSFET在瞬态抑制过程中的可靠性至关重要。总之，功率MOSFET在汽车电子中的应用前景广阔，其性能参数的优化将推动汽车电子技术的进一步发展。