可靠性元器件降额设计_MOSFET降额设计

上篇分享了双极型三极管（Bipolar Junction Transistor）的降额案例，这篇继续分享下常用的场效应管（MOSFET）的降额分析，依旧采用IPC9592的降额规范，截图如下。
注意:发现IPC9592已经更新到了2012版本，之前用的一直是2007年的版本做的降额示例，今天开始更新下。

由图可知，降额要求如下：
1) 击穿电压VDS（Drain-Source Breakdown Voltage)≦80%;
2) 栅源电压VGS（Gate-Source Voltage）≦80%;
3）漏源电流ID（Drain Current)≦80%;
4) 最大结温（Maximum Junction Temperature)≦Tjmax-25°C
5) ESD Rating >1000V;
≦

选取一颗小信号MOSFET (2N7002LT1G)，截取Datasheet如下图，得出如下降额有用信息(如下均为25度下额定值）：

1）击穿电压VDS=60V；允许降额为：60*80%=48V;
2) 栅源电压VGS=20V; 与温度也有关系，下面第三张图，例如60度时，额定Vgs约为0.94*20=18.8V；则60度时允许降额为：18.8*80%=15.04V;
3) 漏源电流ID=115mA; 允许降额为：115*80%=92mA;
4) 最大结温（Tj)=150°C；允许降额为：150-25=125°C

5) ESD Rating :Datasheet 无此数据，需要询问供应商。1000V;
6)功耗（Power)=225mW@25°C，25度以上降额为1.8mW°C(这次对应选择FR-5一种常用的基材，具体情况具体分析）;假设该场效应管的工作环境温度为60°C，则60度下额定功率为：225-（60-25）*1.8=162mW; 60度下允许降额为：162*75%=121.5mW;

注意:这里记录下RθjA=556°C/W（见下第一张图）,下面计算结温会用到；

举下面一则工作中碰到的电路如下进行电路降额分析，由下图可知，实际Vgs=1.0V（小于允许降额48V）；
Vds=5V-200欧姆电阻分压-LED分压——–公式1
注意：这里需要计算实际Ids电流，需要知道导通电阻Rds(on)的大小，由Datasheet可知，Rds(on)=7.5欧姆；见下面第二张图；而Rds和Vgs以及自身Id以及温度都有关系，例如当Vgs=10V，Id=200mA时，温度为60度时，Rdson约为原来的1.25倍，为1.25*7.5=9.375欧姆；见下面第三张图。
关于公式1的计算，采用简单评估法，LED通常开启电压为1.7V，200欧电阻分压为：（5-1.7）V/(200+9.375)ohm*200ohm=3.15V;则
Vds=5-3.15-1.7=0.15V;
Ids=(5-1.7)/(200+9.375)=15.76mA,
P=Vds*Ids=0.15*15.76=2.36mW;
综上所述，实际应用中参数：
Vgs=1.0V（小于允许降额15.04V）
Vds=0.15V（小于允许降额48V）
Ids=15.76mA（小于允许降额92mA）
P=2.36mW（小于允许降额121.5mW）
Tj=TA+RθjA*P=60°C+556°C/W*2.36*0.001=61.31°C（小于允许降额125°C）