三极管选型看哪些参数，三极管和运放组成的可调电流源

1. 晶体管和MOSFET器件选型原则1.1 晶体管和MOSFET分类概述表1 晶体管和MOSFET分类

类型

类型细分

应用场景

三极管

射频信号晶体管

射频开关和射频小信号放大

三极管

普通小信号晶体管

小信号环路开关和信号放大

三极管

功率晶体管

功率环路开关、推挽放大

场效应管

小信号MOSFET

小信号环路开关

场效应管

功率MOSFET(=250V)

AC-DC、DC-DC电源模块

场效应管

功率MOSFET（600V~650V）

交直流电源模块

场效应管

功率MOSFET（800V~1000V）

AC-DC电源模块、UPS、逆变器

场效应管

功率MOSFET（1000V~1700V）

空调压缩机驱动电路

场效应管

功率MOSFET(SIC)=600V

AC-DC电源模块（高效率）

场效应管

功率MOSFET (GAN) (100V~600V)

甚高频领域（1Mhz以上）、更高功率密度的应用领域。

1.1.1 晶体管选型原则行业发展的总趋势是小型化、表面贴装、高频化、高效化、集成化、绿色化。重点放在小型化和表面安装上。近年来，随着MOSFET的发展，MOSFET在低功耗、高速开关领域逐渐取代三极管，而且行业主流厂商也在逐年减少三极管的研发投入，基本减少了投入。没有被执行。器件技术的发展主要体现在晶体方面，圆形工艺的复杂程度（从6英寸晶圆到8英寸晶圆）、更小的封装和表面贴装等方面都有进步。而且，与普通三极管相比，射频三极管的主要发展方向是低压供电、低噪声、高频高效率。选择原则是： 1) 禁止选择生命周期末期的插件封装器件，如TO922。推荐使用业界领先的小型表面贴装器件，例如SOT23、STO323 和SOT523。这样的。对于多管应用，首选SOT363 和SOT5633 等双管封装。对于开关应用场景，MOSFET4) RF晶体管适用于低压电源、低噪声、高频、高效率的器件。

1.1.2 MOSFET选型原则业界技术发展的总趋势是小型化、表面贴装、高频化、高功率密度、高效率、高可靠性、集成化、绿色化。强调高频、高功率密度、高可靠性、集成化。行业技术发展趋势主要体现在MOSFET芯片材料、晶圆技术、芯片技术、封装技术等方面的演变和发展。选择原则是：禁止选择寿命终止的插件封装器件（能源用TO220 和TO247 除外）和SO8 和DPAK 封装的表面贴装器件。对于信号MOSFET，建议使用具有集成栅极TVS 保护的小型表面贴装器件。 1）对于Vds=250V的单管功率MOSFET，推荐采用业界主流的无引线表贴功率封装POWERPAK 5X6和POWERPAK3X3，但如果散热不满足要求，可以使用翼型引线表贴封装D2PAK。考虑；降压顶管一体化方案优先采购POWERPAK5X6双封装；考虑到器件散热问题，电源模块可选用业界主流插件封装TO220。对于慢启动和热插拔应用，选择器件时，重点评估器件是否工作在开关应用的安全工作区域。必须区分甚高频区域（1MHz 及以上）和慢启动、热插拔和ORing 应用。考虑使用GANMOS 来提高效率并减少系统面积。 2) 当交流电源模块中使用Vds 为600V 至650V 的高压功率MOSFET 时，优先选择Vds 为650V 的器件。对于包装，我们建议使用表面贴装器件POWERPAK 8X8 和插件。 TO247是基于功率模块的散热和结构设计要求，但未来对于电路中工作频率不高的场景也可以考虑表面贴装器件POWERPAK5X6，例如现在的PFC电路或MOSFET.推荐使用不具有快速恢复特性的寄生二极管MOSFET（例如INFINEON C3、C6、P6系列），但对于LLC电路等更高级的场景，建议使用具有恢复特性的寄生二极管MOSFET（INFINEON CFD系列）。在功率效率要求不是特别高的场景下，可以将部分MOSFET替换为高速IGBT，以降低成本。对于高效模块，可以考虑用SIC MOSFET替代传统Si MOSFET，以提高功率效率。对于Vds大于800V的MOSFET，如果Id大于5A，我们建议考虑IGBT。如果您的ID小于5A，我们建议考虑IGBT。我们推荐业界主流封装TO247、TO220、D2PAK，但原则上禁止使用耗尽型JFET，所以如果需要在特殊电流流过时使用，请选择业界主流SOT23Z封装。

2、晶体管和MOSFET器件的选择要点2.1、晶体管的选择要点晶体管在电路中具有放大和开关两种作用，目前在我们的电路中主要起到开关的作用。选择晶体管时要考虑以下几个方面： 参数、封装、性能（低压降、低阻抗、高放大倍数、高开关效率） 1）参数选择：晶体管有很多参数，是的，晶体管选型非常重要。对参数没有特殊要求，但需要注意的参数是Vceo、Vcbo、Vebo、Ic(av)、Pd和Hef。比较重要的参数是Vceo和Ic(av)。对于Vceo值，制造商可能会给出Vces值。 Vces 的值不能用作Vceo，因为Vces=VcboVceo。如果降额后器件的电压、电流值满足要求，则Pd不需要过多考虑（三极管用于放大、电压线性变换时使用Pd，三极管使用时使用Pd）用于供电）。（需要考虑到情况）比较大）。假设满足降额规范的要求，则必须考虑输出电流和相应的功耗、耐压、放大系数等参数。同时，应尽可能选择热阻低、结温高的器件。 2）封装：晶体管封装的发展趋势是小型化、表面贴装、平脚、无引脚。封装的质量是通过芯片面积与封装面积的比率来判断的，这个比率越接近1越好。目前，最小晶体管封装为sot883（DFN1006-3），推荐封装为sot883、sot663、sot23、sot89、sot223和sot666。随着晶体管的功率要求越来越小，将晶体管引入更小的封装的方向之一是只要满足规格就选择更小的封装。 3）性能：选择低Vce（sat）和低阻抗的器件。目前饱和压降较低的器件有NXP、ON、ZETEX等，可以优先选择。

2.2. MOSFET 选择的重要因素2.2.1 电压限制参数1) 漏源击穿电压V(BR)DSS：漏源击穿电压V(BR)DSS 通常由结温Tj=25、VGS=0V 决定，ID是几百A以下的测试值。由于V(BR)DSS和Rds(on)成反比，因此大多数制造商的MOSFET的上限为1000V。 V(BR)DSS与温度有关，当Tj增加100C时，V(BR)DSS线性增加约10%。相反，当Tj减小时，V(BR)DSS也以相同的速率减小。这一特性是MOSFET 的优点之一；与功率晶体管不同，即使内部数千个单元发生雪崩击穿，雪崩电流也不太可能集中在特定点并导致器件损坏。 2）最大额定栅源电压VGS，栅源之间的SiO2氧化层很薄，所以如果在它们之间施加较低的电压，内部会形成很高的电场，超过承受能力. SiO2 材料发生破坏，导致器件故障。大多数制造商的最大额定栅源电压VGS 数据为20V（对于具有较低驱动电压的低压MOSFET，通常为10V）。许多制造商现在将高驱动电压MOSFET 的电压限制提高到30V。许多SIC MOSFET的电压为10V至25V，其启动电压不对称，因此在选择驱动单元时必须小心。

2.2.2 影响损耗的主要参数在MOSFET中，100KHz以下频率时传导损耗所占比例最大。因此，影响损耗的主要参数是导通电阻Rds(on)。一般来说，制造商提供的Rds(on)值是在指定的VGS（例如10V）ID（通常为标称电流值）和Tj（通常为25C）下的值。 Rds(on) 具有以下属性：对于制造商来说，随着MOSFET的Rds(on)值增加，在相同的设计和工艺条件下Rds(on)也会增加。 Rds(on) 值随着结温的增加而近似线性增加。从而导致损耗增加。例如IRF640的Rds(on)与Tj的关系如下图所示。如果结温为120，则Rds(on)值为25时的1.8倍因此，导通损耗I2 *Rds(on) 也增加了1.8 倍，但SiC MOSFET 的带隙比Si MOSFET 更宽，因此其温度特性明显优于Si MOSFET。在150C 时，SIC MOSFET 的Rds(on) 与25C 相比仅增加20%。

图1 Rds(on)、Tj 和VGS 之间的关系：为了最大限度地降低Rds(on)，VGS 应至少升至10V（对于4V 供电产品约为5V）。此外，将VGS 增加到12V-15V 以上并不会减少Rds(on)（如果占空比很小并且应用接近或高于直流额定电流，则会出现不同的问题）。）不必要地增加此栅极电压会增加充电电流，增加驱动损耗，并增加栅极和源极之间电压尖峰的可能性。栅源击穿的失效概率增加。因此，12V驱动对于普通MOSFET来说就足够了。对于相同的结温，增加ID 会稍微增加Rds(on)。计算功耗时可以忽略此变化。实际使用中，如果增加ID值导致热量上升，则散热条件（热阻）不变，ID增加，功耗P=I2*Rds(on)增加，结温Rds这是因为增加。 (上)相应增加，进一步增加了功耗。此外，当频率超过100KHz时，开关损耗率不可忽视，但此时需要注意器件自身栅极电荷Qg、输出电容Coss、栅极驱动电阻对开关损耗的影响。特别是，MOSFET的导通电阻越低，单元密度就越高，这会增加Qg和Coss，并增加开关损耗。近年来，MOSFET的使用越来越频繁，而在低压、大电流MOSFET的生产中，需要从工艺设计上降低MOSFET内部的寄生Rg，以降低MOSFET的开关损耗。应该付出改进。增加施加频率（或增加电流）

2.2.3 电流处理能力参数限制电流处理能力的最后一个因素是最大允许结温（通常由制造商指定为150C）。它的一般特征是可持续的直流漏极电流ID和额定峰值电流IDM。 1) 可持续直流漏电流ID的实际最大允许ID值由Rds(on)、结壳热阻RJC（由芯片封装材料和器件工艺水平决定）和最大允许值决定。决定了。结温Tj 和外壳温度Tc 等结构参数。它们满足以下方程： I2* Rds(on)*Rjc=Tjmax-Tc 其中Rds(on)、Rjc和Tjmax由器件本身的特性决定，Tc与散热等设计考虑有关。马苏。 （注：最大允许漏极功耗Pd=I2*Rds(on)=(Tjmax-Tc)/Rjc）。制造商信息通常包括外壳温度下的ID 值，有些制造商还包括最大ID 与Tc 之间的关系曲线。

图2 IRF640的ID与Tc关系标称电流值为18A（Tc=25时） ID与Tc关系如上图所示。从图中可以看出，当外壳温度从25变化到125时，最大直流漏电流从18A减小到8A。 Tc=25时的ID假设散热条件足够好，外壳温度始终为25（实际应用中，不同管子之间可以进行比较），因此仅作为参考重要。 （在实际应用中）。这是根本不可能的），根据公式I2* Rds(on)*Rjc=Tjmax-Tc 计算。然而，在实际应用情况下，由于环境温度和实际散热条件的限制，外壳温度通常远高于25，最高结温通常保持在20或更高的降额。因此，随着温度的升高，允许的直流漏电流必须减小。 2）额定峰值电流IDM 如果电流脉冲或占空比很小，超过ID值没有问题，但脉冲宽度和占空比必须受到最大允许结温的限制。通常，制造商数据规定25C 时的额定峰值电流IDM 值为VGS=20V 时获得的ID 值的4 倍。

2.2.4 栅极驱动相关参数由于G、D、S极之间不可避免地存在寄生电容。因此，驱动时，电容器中会产生充放电电流和充放电时间，这是驱动损耗和开关损耗的根本原因。器件开关特性通常以Qg 来测量。 1) 由于输入电容Ciss、反向传输电容Crss、输出电容Coss在G、D、S极之间存在不可避免的寄生电容，因此在工作时会产生充放电电流和充放电时间。这是驱动和开关损耗的根本原因。器件开关特性通常以Qg 来测量。 1）输入电容Ciss、反向传输电容Crss、输出电容Coss

图3 MOSFET的寄生电容如上图，Ciss=Cgd+Cgs，Crss=Cgd，Coss=Cds+Cgd2) 总栅极电荷Qg 表示所需的充电电荷。在指定的VDS、ID、VGS（通常为10V）条件下测量。由于米勒效应的存在，Cgd在驱动过程中发挥着最大的作用，尽管它与Cgs相比非常小。因此，客观来说，检查MOSFET的Qg比检查Ciss之类的东西更准确。还有两个参数：栅极电荷Qge和栅极电荷（Mitreya电荷）Qgd。下图为以IRF640为例的波形图。

图4 栅极电荷和VG3)栅极电阻Rg、导通延迟时间td(on)、上升时间tr、关断延迟时间td(off)和下降时间tf也代表了器件的开关性能和驱动损耗设备的。其具体值与测试条件密切相关。在比较不同的管子时，这一点尤其需要注意。否则，厂家很容易误导您。

2.2.5 可靠性参数1) 最大允许结温Tjmax 可靠性最重要的参数，对于MOSFET 制造商一般标注为150，但对于特殊半导体器件可能为125，也有温度为175的。 2) 雪崩额定值漏感、分布电感和关断时的di/dt 会导致电压尖峰，导致MOSFET 进入雪崩击穿区。雪崩产额现实中，穿透面积很短，能量很小，装置本身可以耗散能量而不造成损坏。有三个参数来表征此属性。这些是允许的单脉冲雪崩能量EAS、允许的重复脉冲雪崩能量EAS（脉冲宽度受最大结温限制）以及雪崩事件期间的初始最大雪崩电流IAR。随着雪崩发生期间结温的增加和初始电流的增加，雪崩能量额定值显着降低。请注意，如果器件工作期间发生雪崩，则由于老化过程中结温相应升高，雪崩能力将会降低。如果它下降到一定程度，就会损坏设备，而损坏通常只会以一定的速度发生。 （当然，MOSFET损坏也可能是由于其他原因造成的，例如变压器在高温大电流下磁饱和） 3）栅极漏电流IGSS和漏极断态漏电流IDSS这两个参数可能不是才有可能使用它。但受器件内部工艺和材质的限制，数值可能小至mA级或uA级，但在比较器件时，也可以通过测试其随电压的变化来判断器件是的（特别是在高温下）的优点和缺点。

2.2.6 与寄生源/漏二极管相关的参数根据电路的不同，主体内部的二极管可能用于续流，因此在这种情况下必须考虑二极管的参数。 1）当体寄生二极管续流时，少数载流子空穴也参与导通，它们的浓度变得很高，当二极管导通期结束，外部电路使二极管反向时，D-S间电压增大。 P+ 区域和源极区域N+ 之间的电流产生的电压降会产生寄生晶体管。 On（漏极D对应寄生NPN晶体管的集电极，P+对应基极，源极S对应发射极。由于dv/dt较大，如果基极和发射极之间存在正向压降，则电压迅速上升，并且集电极和发射极之间也存在正电压，因此寄生晶体管导通），电流集中在最先导通的单元中，导致器件热击穿。 2) 其他参数a. 反向恢复特性包括反向恢复电荷和反向恢复时间。使用连续流时必须考虑匹配。 b.电流电压参数，正向压降VSD，其电流参数IS、ISM与ID、IDM相同与SI MOSFET相比，SIC MOSFET的寄生二极管的正向压降是由于弯曲而产生的拐点电压（knee SIC的电压（电压：二极管导通的点）是Si的三倍，与带隙比非常接近，因此SIC MOSFET的VSD约为2.5V，而VSD约为2.5V 。 Si MOSFET的电压约为0.8V。

2.2.7 封装选择封装时，主要考虑结构设计、热设计、单晶圆加工技术和系统可靠性，选择具有合适封装形状和热阻的封装。常见的功率MOSFET封装有DPAK、D2PAK、PowerPAK 5X6、PowerPAK 3X3、DirectFET、TO220、TO247、SOT23、小信号MOSFET的SOT323，后续推出的有PowerPAK 8X8、PowerPAK SO8 5X6 Dual、PowerPAK 5X6 Dual Cool、SO8为主封装器件处于行业退出阶段，禁止选型DPAK 封装器件处于行业饱和阶段，选型期间必须选型能源场景对于TO220、TO247 等应用，优先选择插件封装。

3. 附录A：供应商分析供应商

国家

介绍

英飞凌

德国

该公司于1999 年从西门子分离出来，主要提供半导体和系统解决方案，以解决高能效、移动性和安全性带来的挑战。其高压功率MOSFET和IGBT技术，结合收购IR，优势明显（IR INFINEON（LV/MV MOS行业技术最先进、市场份额领先）拥有从功率MOSFET到IGBT产品，并将收购CREE，垄断未来的SIC功率器件。

三菱电机(VINCOTECH)

日本

该综合公司成立于1921年，并于2012年收购了非功率MOSFET制造商德国公司VINCOTECH，在IGBT模块领域拥有完整的产业链，其模块主要应用于机车领域。牵引、电动汽车、电机控制。 VINCOTECH是逆变器IGBT模块的主流制造商，内部芯片外包。

英石

意大利法律

该公司成立于2000 年，由SGS 和Thomson 合并而成，是高压功率MOSFET 和IGBT 单管技术领先的集成半导体制造商，但不提供IGBT 模块。

之上

美国

成立于1999年，前身是Motorala半导体元件事业部，其功率MOSFET主要针对中低压，目前已获得FSC（中高压）认证。 2012年开始开发，目标是进军高压领域。 IGBT单管及IGBT模块业务。

威世

美国

成立于1962年，是一家历史悠久的分立器件制造商，在低压MOSFET行业占有率很高，虽然只提供SOT227封装等少量模块，但目前也有多种高压MOS产品。

瑞萨

日本

2003年由三菱、日立、NEC合资成立的综合性半导体制造商，2013年宣布退出功率MOSFET PC市场，目前专注于IGBT单管的开发。

东芝

日本

成立于1939年，日本最大的半导体制造商，拥有全系列功率MOSFET（从高压到低压），IGBT以单管为主，其主要市场是家电、封装行业，与主流行业不同，以及主要市场，未来会开发TO3和模块。

富士

日本

该公司成立于1923年，是日本古河电工与西门子的合资企业，其功率OSFET产品线较窄，仅提供部分高压MOS，而IGBT/模块产业链则靠自家芯片完成。

鱼属

美国

成立于1983年，是功率半导体行业领先的科技公司，产品主要用于工业用途，功率MOSFET和IGBT偏向单管规格，价格较高。

微蝉

美国

我们成立于1995 年，是一家专注于高可靠性的功率半导体公司。自收购APT以来，我们一直致力于工业和通信领域。该公司的功率MOSFET/IGBT/模块价格昂贵，且性能优势不明显。主要生产.军工产品。

恩智浦

荷兰

这家集成半导体公司成立于2006年，前身是飞利浦的一个部门，专注于100V以下功率MOSFET产品、高压MOSFET、IGBT和IGBT模块。

松下

日本

日本最大的电机制造商成立于1918 年，拥有管子分立器件产品线，主要是中低功率MOSFET，但没有IGBT/模块，是功率GaN FET 的行业领导者。

罗姆

日本

我们成立于1958年，是一家专门从事器件小型化的综合性半导体公司，包括强调小信号的MOSFET、业界领先的SIC器件和产品阵容有限的IGBT芯片。

赛米控

德国

该公司成立于1951年，专注于封装功率半导体模块，其封装技术在非功率MOSFET、IGBT单管、IGBT模块产品线等方面具有明显优势，并且芯片均采用外包方式。

T.I.

美国

我们成立于1951年，是一家在行业中地位较高的综合性半导体制造商，我们的功率MOSFET主要针对100V以下的中低压，没有IGBT单管或模块。