MOSFET-Datenblätter richtig lesen: Die Schaltparameter (Teil 5)

| Autor / Redakteur: Brett Barr* / Kristin Rinortner

MOSFET Datenblätter richtig lesen: Die Schaltparameter
MOSFET Datenblätter richtig lesen: Die Schaltparameter (Bild: N-Kanal-MOSFET / Markus A. Henning / BY-SA 3.0)

Willkommen zum nächsten Beitrag der Serie „MOSFET-Datenblätter richtig lesen“, in der wir versuchen, den Datenblättern von Leistungs-MOSFETs die Unklarheiten zu nehmen. In diesem Beitrag werfen wir einen Blick auf einige weitere Schaltparameter, die man in den Datenblättern von MOSFETs vorfindet. Wir untersuchen, welche Relevanz diese Angaben für die allgemeine Leistungsfähigkeit der Bausteine haben.

Schaltparameter wie die Ausgangsladung (QOSS) und die Sperrverzögerungs-Ladung (Qrr) der intrinsischen Body-Diode des FET sind einerseits kritische Größen, die in vielen mit hoher Schaltfrequenz arbeitenden Stromversorgungen für einen großen Teil der Schaltverluste eines FET verantwortlich sind. Andererseits aber müssen Schaltungsentwickler Vorsicht walten lassen, wenn sie FETs allein anhand dieser Parameter miteinander vergleichen. Denn wie so oft kommt es auch hier auf die Bedingungen an, unter denen geprüft wird. (Ich weiß, ich wiederhole mich...)

Bild 1 zeigt die Ausgangsladung und die Sperrverzögerungs-Ladung als zwei Seiten derselben Medaille, gemessen am 60-V-MOSFET CSD18531Q5A von TI bei zwei verschiedenen Stromanstiegsraten (di/dt). Links wurde für Qrr bei 360 A/µs ein Wert von 85 nC gemessen, während man rechts bei 2000 A/µs auf 146 nC kam. Es existiert kein Industriestandard dafür, bei welchem di/dt-Wert gemessen werden muss, und folglich haben wir auch schon erlebt, dass Mitbewerber die Messung bei 100 A/µs vornahmen, nur um den Anschein eines besonders niedrigen Qrr-Werts zu erwecken.

Qrr kann in noch höherem Maße vom Vorwärtsstrom abhängig sein, bei dem der Test durchgeführt wurde. Zusätzlich verkompliziert wird die ganze Angelegenheit möglicherweise dadurch, dass einige Anbieter QOSS nicht als separaten Parameter spezifizieren, sondern diese Größe in den Qrr-Wert einbeziehen. Abgesehen von den im Datenblatt angegebenen Prüfbedingungen machen es weitere Aspekte, wie etwa parasitäre Leiterplatten-Induktivitäten und subjektive Messmethoden praktisch unmöglich, diese Werte zwischen den Datenblättern verschiedener Anbieter zu vergleichen.

Dies soll keineswegs heißen, dass diese Parameter unwichtig sind und beim Design nicht berücksichtigt werden sollten. Damit die Angaben aber wirklich verlässlich und vergleichbar sind, bleibt als einzige effektive Lösung, die Werte mit derselben Methodik und der gleichen Leiterplatte zu ermitteln.

Als weitere wichtige Parameter sind die Schaltzeiten anzusprechen. Es geht dabei um vier Parameter, die gemäß den Signalverläufen in Bild 2 definiert sind und in den Datenblättern praktisch aller Anbieter erscheinen. Allerdings sind diese Angaben so sehr von der verwendeten Leiterplatte und den Prüfbedingungen abhängig, dass ein alter Hase in der FET-Branche (und zugleich mein persönlicher Mentor) sie häufig als „die sinnlosesten Parameter im FET-Datenblatt“ bezeichnet.

Eigentlich sollen sie Aufschlüsse über die Schaltgeschwindigkeit geben, doch in Wirklichkeit können sie ebenso gut über die Treiberstärke und den Drainstrom informieren wie über die Eigenschaften des FET. Die von TI angegebenen Werte gelten für den Nennstrom des jeweiligen Bausteins, doch andere Anbieter testen bei einem Drainstrom von nur 1 A, um den Eindruck eines schneller schaltenden Bausteins zu erwecken.

Die tatsächliche Schaltgeschwindigkeit eines Bausteins wird wesentlich besser durch die Gate-Ladungsparameter und den internen Gate-Widerstand (Rg) des Bausteins wiedergegeben. Beide Werte sind außerdem deutlich weniger anfällig gegen Tricksereien bei den Prüfbedingungen.

Herzlichen Dank, dass Sie sich die Zeit zum Lesen dieses Beitrags genommen haben. Ich hoffe, dass der Artikel hilfreich für Sie war und Ihnen ein besseres Verständnis für den Nutzen und die Mehrdeutigkeiten der Angaben in den Datenblättern von Leistungs-MOSFETs vermitteln konnte. Es folgt noch ein weiterer Beitrag.

* Brett Barr arbeitet als Product Marketing Engineer bei Texas Instruments in Bethlehem / U.S.A.

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