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標題: 電源系統低溫不開機，你遇到過嗎：理解VTH溫度系數 [打印本頁]

作者: 小融一號 時間: 2016-11-15 09:35
標題: 電源系統低溫不開機，你遇到過嗎：理解VTH溫度系數

在理解功率MOSFET的VTH的特性之前，先看一個在實際客戶產品應用中遇到的問題，了解這個不起眼的、卻有些獨特的VTH對系統設計的影響。

例：國內某通訊公司，做了一批基站系統，出口到俄羅斯，7、8份的時候，就有一些產品開始返回，原因是系統不能開機，換了另外的系統板后，系統能工作正常。有問題的系統板在國內的實驗室測試，客戶的工程師發現能夠正常工作沒有問題，以為是個例，沒有太關注。到了10、11月，發現不能開機工作的系統越來越多，客戶工程師才開始重視這個問題，找到功率MOSFET的供應商，對方的FAE說功率MOSFET都正常，沒有問題，于是就不再處理。由于系統板上使用了當時作者所在公司的PWM控制器，客戶也找到作者去解決問題，作者經過檢查，發現不開機就和功率MOSFET的VTH有關，和客戶討論后給出了二種方案，采用其中一種方案問題得以解決。

這個問題和VTH的特性以及溫度系數有關，VTH的取值范圍對應著三種不同驅動電壓類型的功率MOSFET，下面就來認識這三種類型的功率MOSFET。

1、功率MOSFET驅動電壓類型

1.1 通用驅動的功率MOSFET

功率MOSFET的柵極氧化層厚度和溝道摻雜集中度，決定了閾值電壓VTH的大小。在很多電力電子和電源系統中，使用得最多的是通用驅動的功率MOSFET，也就是使用12V或15V的柵極驅動電壓。這種類型功率MOSFET的VGS的額定值為±30V，VTH中間值通常在3-4V，不同的產品，VTH中間值也會不同，上、下限值也會在一定的范圍內變化。

AON7458，VTH下限、中間值和上限：3.1V、3.7V、4.3V。

AOT10N60，VTH下限、中間值和上限：3V、4V、4.5V。

FDMS86181，VTH下限、中間值和上限：2V、3.1V、4V。

IRFB4310，VTH下限、上限：2V、4V，中間值沒有標出。

1.2 邏輯電平驅動的功率MOSFET

邏輯電平驅動的功率MOSFET，通常驅動電壓是5V，這種電平驅動的功率MOSFET得到廣泛應用的原因在于：低電平驅動可以降低驅動損耗，同時可以提高驅動速度，適應于非隔離的DCDC變換器高頻高效應用的發展趨勢。

筆機本電腦、臺式機主板、通訊系統板等應用中，具有多路不同的電源供電壓，如12V、5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.2V等，因此需要多路非隔離的DCDC變換器。高頻可以降低電容、電感元件的體積，同時高效符合節能減排的政策要求。這些應用很大程度上推動了邏輯電平驅動的功率MOSFET的大量使用。

這種類型功率MOSFET的VGS的額定值為±20V，VTH中間值通常在1.5-2V。有些產品不標中間值，也有些產品不標上、限值。

有時候也會發現有些產品的VGS的額定值為±20V，類型卻是通用驅動的功率MOSFET，這主要是為了在設計過程中平衡一些參數的需要，因此使用的時候要格外小心。

AON6512，VTH下限、中間值和上限：1V、1.5V、2V。

AON6590，VTH下限、中間值和上限：1.3V、1.8V、2.3V。

TPHR8504，VTH中間值就沒有標出。

1.3 次邏輯電平驅動的功率MOSFET

次邏輯電平驅動的功率MOSFET，通常驅動電壓是3.3V或更低，這種電平驅動的功率MOSFET主要應用于手機、手持式設備以及一些電池供電的系統。

這種類型功率MOSFET的VGS的額定值為±12V或±10V，有些產品絕對值甚至更低。VTH中間值通常在0.5-1V。

AON3400，VTH下限、中間值和上限：0.65V、1.05V、1.45V。

AON2400，VTH下限、中間值和上限：0.25V、0.46V、0.75V。

2、驅動電壓選擇及VTH的溫度系數

由于功率MOSFET的VTH具有不同的值，對應著不同的驅動電壓，因此在選擇MOSFET驅動電壓的時候要特別注意。數據表中VTH是在IDSS=250uA或者1mA條件下的測量值，而且VTH具有一定波動的上、下限的范圍，使用的驅動電壓稍稍大于VTH并不能保證功率MOSFET的完全開通，同時VTH是一個具有溫度系數的參考，這樣在使用的過程中就會產生問題。

功率MOSFET的VTH具有負溫度系數，數據表中有些產品直接列出溫度系數值，有些產品示出了溫度系數的曲線。和VTH一樣，使用的測量條件不同，這樣就會影響實際應用過程中對于驅動的正確判斷。

FDMS86181直接列出VTH的溫度系數值。

IRFB3410，列出了VTH溫度系數的曲線.

不同的測量條件都列出來，非常方便使用。可以看到，IDSS越大，測量的VTH也越大。

TPHR8504，測量條件IDSS=1mA。

STB10N60，使用規一化的值。

功率MOSFET的VTH具有負溫度系數，溫度越低，VTH的電壓越高，如果驅動電壓選擇不適合，雖然正常溫度下可以正常工作，但是在低溫的時候可能導致功率MOSFET不能完全開通，系統不能正常工作。

另一方面，溫度越高，VTH的電壓就會越低，功率MOSFET在高負載或高溫環境下VTH的電壓就會降低，在感應VGS尖峰電壓的作用下，就增加了柵極誤觸發的可能性，導致功率MOSFET誤導通或橋臂上、下管發生直通。

文章來源：微信公眾號融創芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務平臺，項目眾包平臺）

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