電源系統(tǒng)低溫不開(kāi)機(jī)，你遇到過(guò)嗎：理解VTH溫度系數(shù)

小融一號(hào)

在理解功率MOSFET的VTH的特性之前，先看一個(gè)在實(shí)際客戶產(chǎn)品應(yīng)用中遇到的問(wèn)題，了解這個(gè)不起眼的、卻有些獨(dú)特的VTH對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響。

例：國(guó)內(nèi)某通訊公司，做了一批基站系統(tǒng)，出口到俄羅斯，7、8份的時(shí)候，就有一些產(chǎn)品開(kāi)始返回，原因是系統(tǒng)不能開(kāi)機(jī)，換了另外的系統(tǒng)板后，系統(tǒng)能工作正常。有問(wèn)題的系統(tǒng)板在國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，客戶的工程師發(fā)現(xiàn)能夠正常工作沒(méi)有問(wèn)題，以為是個(gè)例，沒(méi)有太關(guān)注。到了10、11月，發(fā)現(xiàn)不能開(kāi)機(jī)工作的系統(tǒng)越來(lái)越多，客戶工程師才開(kāi)始重視這個(gè)問(wèn)題，找到功率MOSFET的供應(yīng)商，對(duì)方的FAE說(shuō)功率MOSFET都正常，沒(méi)有問(wèn)題，于是就不再處理。由于系統(tǒng)板上使用了當(dāng)時(shí)作者所在公司的PWM控制器，客戶也找到作者去解決問(wèn)題，作者經(jīng)過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)不開(kāi)機(jī)就和功率MOSFET的VTH有關(guān)，和客戶討論后給出了二種方案，采用其中一種方案問(wèn)題得以解決。

這個(gè)問(wèn)題和VTH的特性以及溫度系數(shù)有關(guān)，VTH的取值范圍對(duì)應(yīng)著三種不同驅(qū)動(dòng)電壓類型的功率MOSFET，下面就來(lái)認(rèn)識(shí)這三種類型的功率MOSFET。

1、功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓類型

1.1 通用驅(qū)動(dòng)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(tǒng)中，使用得最多的是通用驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET，也就是使用12V或15V的柵極驅(qū)動(dòng)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(chǎn)品，VTH中間值也會(huì)不同，上、下限值也會(huì)在一定的范圍內(nèi)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(méi)有標(biāo)出。

1.2 邏輯電平驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET

邏輯電平驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET，通常驅(qū)動(dòng)電壓是5V，這種電平驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET得到廣泛應(yīng)用的原因在于：低電平驅(qū)動(dòng)可以降低驅(qū)動(dòng)損耗，同時(shí)可以提高驅(qū)動(dòng)速度，適應(yīng)于非隔離的DCDC變換器高頻高效應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。

筆機(jī)本電腦、臺(tái)式機(jī)主板、通訊系統(tǒng)板等應(yīng)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(shí)高效符合節(jié)能減排的政策要求。這些應(yīng)用很大程度上推動(dòng)了邏輯電平驅(qū)動(dòng)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(chǎn)品不標(biāo)中間值，也有些產(chǎn)品不標(biāo)上、限值。

有時(shí)候也會(huì)發(fā)現(xiàn)有些產(chǎn)品的VGS的額定值為±20V，類型卻是通用驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET，這主要是為了在設(shè)計(jì)過(guò)程中平衡一些參數(shù)的需要，因此使用的時(shí)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(méi)有標(biāo)出。

1.3 次邏輯電平驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET

次邏輯電平驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET，通常驅(qū)動(dòng)電壓是3.3V或更低，這種電平驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET主要應(yīng)用于手機(jī)、手持式設(shè)備以及一些電池供電的系統(tǒng)。

這種類型功率MOSFET的VGS的額定值為±12V或±10V，有些產(chǎn)品絕對(duì)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(qū)動(dòng)電壓選擇及VTH的溫度系數(shù)

由于功率MOSFET的VTH具有不同的值，對(duì)應(yīng)著不同的驅(qū)動(dòng)電壓，因此在選擇MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓的時(shí)候要特別注意。數(shù)據(jù)表中VTH是在IDSS=250uA或者1mA條件下的測(cè)量值，而且VTH具有一定波動(dòng)的上、下限的范圍，使用的驅(qū)動(dòng)電壓稍稍大于VTH并不能保證功率MOSFET的完全開(kāi)通，同時(shí)VTH是一個(gè)具有溫度系數(shù)的參考，這樣在使用的過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。

功率MOSFET的VTH具有負(fù)溫度系數(shù)，數(shù)據(jù)表中有些產(chǎn)品直接列出溫度系數(shù)值，有些產(chǎn)品示出了溫度系數(shù)的曲線。和VTH一樣，使用的測(cè)量條件不同，這樣就會(huì)影響實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中對(duì)于驅(qū)動(dòng)的正確判斷。

FDMS86181直接列出VTH的溫度系數(shù)值。

IRFB3410，列出了VTH溫度系數(shù)的曲線.

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

TPHR8504，測(cè)量條件IDSS=1mA。

STB10N60，使用規(guī)一化的值。

功率MOSFET的VTH具有負(fù)溫度系數(shù)，溫度越低，VTH的電壓越高，如果驅(qū)動(dòng)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(shí)候可能導(dǎo)致功率MOSFET不能完全開(kāi)通，系統(tǒng)不能正常工作。

另一方面，溫度越高，VTH的電壓就會(huì)越低，功率MOSFET在高負(fù)載或高溫環(huán)境下VTH的電壓就會(huì)降低，在感應(yīng)VGS尖峰電壓的作用下，就增加了柵極誤觸發(fā)的可能性，導(dǎo)致功率MOSFET誤導(dǎo)通或橋臂上、下管發(fā)生直通。

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