Onsemi FCP190N60E與FCPF190N60E MOSFET深度解析

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，MOSFET是不可或缺的關(guān)鍵元件。今天我們就來深入探討Onsemi推出的兩款N溝道SUPERFET II系列MOSFET——FCP190N60E和FCPF190N60E。

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一、產(chǎn)品概述

SUPERFET II MOSFET是Onsemi全新的高壓超結(jié)（SJ）MOSFET系列，它采用了電荷平衡技術(shù)，具備出色的低導(dǎo)通電阻和低柵極電荷性能。該技術(shù)旨在最大程度地降低傳導(dǎo)損耗，提供卓越的開關(guān)性能、dv/dt速率和更高的雪崩能量。

FCP190N60E和FCPF190N60E屬于SUPERFET II MOSFET的易驅(qū)動系列，與普通的SUPERFET II MOSFET系列相比，其上升和下降時間稍慢。型號后綴的“E”表明該系列有助于解決電磁干擾（EMI）問題，使設(shè)計更容易實(shí)現(xiàn)。如果在應(yīng)用中需要更快的開關(guān)速度且開關(guān)損耗必須降至最低，建議考慮普通的SUPERFET II MOSFET系列。

二、產(chǎn)品特性

1. 電氣特性

• 耐壓與電流：兩款產(chǎn)品的漏源電壓（VDS）均為600V，最大連續(xù)漏極電流（ID）在Tc = 25°C時為20.6A（受最大結(jié)溫限制）。
• 導(dǎo)通電阻：典型的導(dǎo)通電阻RDS(on)為160mΩ（VGS = 10V，ID = 10A），這意味著在導(dǎo)通狀態(tài)下能有效降低功率損耗。
• 柵極電荷：超低的柵極電荷（典型Qg = 63nC），有助于減少開關(guān)損耗，提高開關(guān)速度。
• 輸出電容：低有效輸出電容（典型Coss(eff.) = 178pF），可降低開關(guān)過程中的能量損耗。
• 雪崩測試：經(jīng)過100%雪崩測試，保證了產(chǎn)品在雪崩狀態(tài)下的可靠性。
• 集成柵極電阻：集成的柵極電阻有助于穩(wěn)定柵極信號，提高抗干擾能力。
• 環(huán)保合規(guī)：符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，滿足環(huán)保要求。

2. 熱特性

• 熱阻：FCP190N60E的結(jié)到外殼熱阻（RJC）最大為0.6°C/W，F(xiàn)CPF190N60E的RJC最大為3.2°C/W。結(jié)到環(huán)境熱阻（RJA）兩款產(chǎn)品均最大為62.5°C/W。合理的熱阻設(shè)計有助于熱量的散發(fā)，保證產(chǎn)品在不同環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

• 顯示設(shè)備照明：適用于LCD / LED / PDP TV照明，為顯示設(shè)備提供穩(wěn)定的電源支持。
• 太陽能逆變器：在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，能夠高效地將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，提高能源轉(zhuǎn)換效率。
• AC - DC電源供應(yīng)：為各種電子設(shè)備提供穩(wěn)定的直流電源，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

四、封裝與訂購信息

1. 封裝形式

• FCP190N60E采用TO - 220封裝，這種封裝具有良好的散熱性能，適用于功率較大的應(yīng)用場景。
• FCPF190N60E采用TO - 220F封裝，同樣具備較好的散熱特性，并且引腳布局更適合一些特定的電路板設(shè)計。

2. 訂購信息

五、典型性能曲線分析

1. 導(dǎo)通區(qū)域特性

從導(dǎo)通區(qū)域特性曲線（圖1）可以看出，不同柵源電壓（VGS）下，漏極電流（ID）隨漏源電壓（VDS）的變化情況。工程師可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的VGS和VDS，以獲得最佳的導(dǎo)通性能。

2. 傳輸特性

傳輸特性曲線（圖2）展示了ID與VGS之間的關(guān)系。通過該曲線，我們可以確定MOSFET的閾值電壓和跨導(dǎo)等參數(shù)，為電路設(shè)計提供重要依據(jù)。

3. 導(dǎo)通電阻變化特性

導(dǎo)通電阻（RDS(on)）隨漏極電流（ID）和柵極電壓（VGS）的變化曲線（圖3）顯示，在不同的工作條件下，RDS(on)會發(fā)生變化。了解這一特性有助于優(yōu)化電路設(shè)計，降低功率損耗。

4. 體二極管正向電壓特性

體二極管正向電壓（VSD）隨源極電流和溫度的變化曲線（圖4）反映了體二極管在不同工作條件下的性能。在設(shè)計中需要考慮體二極管的正向電壓降，以確保電路的效率和穩(wěn)定性。

5. 電容特性

電容特性曲線（圖5）展示了輸入電容（Ciss）、輸出電容（Coss）和反向傳輸電容（Crss）隨VDS的變化情況。這些電容參數(shù)對MOSFET的開關(guān)速度和開關(guān)損耗有重要影響，工程師需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行合理選擇。

6. 柵極電荷特性

柵極電荷特性曲線（圖6）顯示了總柵極電荷（Qg(tot)）與VGS和VDS的關(guān)系。了解柵極電荷特性有助于優(yōu)化柵極驅(qū)動電路，提高開關(guān)效率。

7. 擊穿電壓和導(dǎo)通電阻隨溫度變化特性

擊穿電壓（BVDSS）和導(dǎo)通電阻（RDS(on)）隨結(jié)溫（TJ）的變化曲線（圖7和圖8）表明，這兩個參數(shù)會隨著溫度的變化而發(fā)生改變。在設(shè)計中需要考慮溫度對MOSFET性能的影響，確保電路在不同溫度環(huán)境下的可靠性。

8. 最大安全工作區(qū)

最大安全工作區(qū)曲線（圖9和圖10）規(guī)定了MOSFET在不同脈沖寬度和溫度下的安全工作范圍。工程師在設(shè)計電路時必須確保MOSFET的工作點(diǎn)在安全工作區(qū)內(nèi)，以避免器件損壞。

9. 最大漏極電流與外殼溫度關(guān)系

最大漏極電流（ID）與外殼溫度（TC）的關(guān)系曲線（圖11）顯示了在不同外殼溫度下，MOSFET能夠承受的最大漏極電流。這對于散熱設(shè)計和功率管理非常重要。

10. Eoss與漏源電壓關(guān)系

Eoss與漏源電壓（VDS）的關(guān)系曲線（圖12）反映了MOSFET在開關(guān)過程中的能量損耗情況。降低Eoss可以提高電路的效率，減少能量浪費(fèi)。

11. 瞬態(tài)熱響應(yīng)曲線

瞬態(tài)熱響應(yīng)曲線（圖13和圖14）展示了MOSFET在不同脈沖持續(xù)時間下的熱響應(yīng)特性。了解這一特性有助于設(shè)計合理的散熱方案，確保MOSFET在瞬態(tài)工作條件下的可靠性。

六、測試電路與波形

文檔中還給出了柵極電荷測試電路與波形（圖15）、電阻性開關(guān)測試電路與波形（圖16）、非鉗位電感開關(guān)測試電路與波形（圖17）以及峰值二極管恢復(fù)dv/dt測試電路與波形（圖18）。這些測試電路和波形為工程師驗(yàn)證MOSFET的性能提供了重要的參考依據(jù)。

七、機(jī)械封裝尺寸

文檔詳細(xì)給出了TO - 220 Fullpack, 3 - Lead / TO - 220F - 3SG（CASE 221AT）和TO - 220 - 3LD（CASE 340AT）兩種封裝的尺寸信息，包括各個尺寸的最小值、典型值和最大值，以及公差要求。工程師在進(jìn)行電路板設(shè)計時，需要根據(jù)這些尺寸信息合理布局MOSFET，確保其與其他元件的兼容性。

綜上所述，Onsemi的FCP190N60E和FCPF190N60E MOSFET具有出色的電氣性能和熱性能，適用于多種應(yīng)用領(lǐng)域。電子工程師在設(shè)計電路時，可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號，并參考文檔中的各項(xiàng)特性和測試數(shù)據(jù)，以確保電路的可靠性和性能優(yōu)化。你在使用這些MOSFET的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。