摘要：IR公司最新推出的低导通电阻MOSFET功率管IRFPS37N50A，使全桥变换器只需采用二个MOSFET和二个IGBT就能实现软开关电源单机输出功率3000W。
关键词：功率MOSFET 低导通电阻 低损耗 大电流特性
1 引言
IRFPS37N50A是IR公司1999年6月在中国刚推出的最新低导通电阻、低损耗、高性能功率MOSFET（又称HEXFET）。它是继IRFP460（1985）、IRFP460LC（1994）之后又一次重大技术革新，
是功率MOSFET器件在大电流特性方面追赶IGBT的一次质的飞跃。在相同的500V最大漏极击穿电压条件下，它使全桥变换器只需要采用二个MOSFET和二个IGBT管，就能实现软开关电源单机输出功率达到3000W。
为满足开关电源的特殊需要，
IRFPS37N50A管的外壳尺寸设计，完全相同于原有的IRFP460/460LC等。请注意到它的塑料外壳中心，并没有穿孔隙作固定！它是用弹性簧片将功率管壳压紧在散热器上（二者之间涂导热硅脂）。新的SUPER－247封装见图1，最大限度地留下空间来扩充功率密度，大大降低了MOSFET的导通电阻值（由原ROS(On)=0.27Ω减小到0.13Ω），使通态损耗降低了50％，工作电流从20A大幅提高到36A！
反映三代功率MOSFET特性参数的主要数据，见表1：
当采用四只IRFP460或IRFP460LC组成全桥软开关电源变换器时，它的额定输出功率为1000W～1500W，这是因为它们的最大工作电流在20A（管壳温度25℃）～12A（管壳温度100℃），实际工作状态下的最大电流约为16A（管壳温度60℃）。所以要实现3000W高频开关电源单机输出功率，
需要采用8只MOSFET双双并联组成ZVS软开关全桥变换器，见图2，
但额定输出功率时的电源整机效率只有87％。新问世的低导通电阻、低损耗MOSFET管IRFPS37N50A，其最大工作电流在36A（管壳温度25℃）～23A（管壳温度100℃），实际工作状态下的最大电流约为30A（管壳温度60℃）。因此，只要散热良好，采用四只单管（两只IRFPS37N50A和两只IGBT）就能实现3000W输出功率的开关电源。实用的3000W、50kHzZVS－ZCS全桥软开关电源电路见图3，其电源整机效率可达到90％或者更高。
2 IRFPS37N50A的主要电气参数与特性曲线
IRFPS37N50A主要用于开关模式电源（SMPS）、不间断电源（UPS）、高速功率开关等。在全桥变换器、功率因数校正升压器中有广泛应用。它具有三项优点：
表1 IR公司三代MOSFET器件性能的比较
| 参数 | 名称 | 第三代IRFP460（1985） | 第四代IRFP460LC（1994） | 第五代IRFPS37N50A（1998） |
| 封装 | 外形 | TO-247 | TO-247 | SUPER-247 |
| BVDSS（V） | 漏-源击穿电压 | 500 | 500 | 500 |
| ID（On)(A) | 通态漏极电流 | 20 | 20 | 36 |
| RDS(On)(Ω) | 通态电阻 | 0.27 | 0.27 | 0.13 |
| EAS(mJ) | 重复寻崩能量 | 28 | 28 | 44 |
| Ciss(pF) | 输入电容 | 4200 | 3600 | 5579 |
| Coss(pF) | 输出电容 | 870 | 440 | 810 |
| Crss(pF) | 反向传输电容 | 350 | 39 | 36 |
| Qg(nC) | 总栅电荷 | 210 | 120 | 180 |
| Qgs(nC) | 栅-源电荷 | 29 | 32 | 46 |
| Qgd(nC) | 栅-漏Miller电荷 | 110 | 49 | 71 |
| td(on)(ns) | 导通延迟时间 | 18 | 18 | 23 |
| tr(ns) | 上升时间 | 59 | 77 | 98 |
| td(off)(ns) | 关断延迟时间 | 110 | 40 | 52 |
| tr(ns) | 下降时间 | 58 | 43 | 80 |
| VSD(V) | 体二极管正向压降 | 1.8 | 1.8 | 1.5 |
| trr(ns) | 体二极管反向恢复时间 | 570 | 570 | 570 |
表2 绝对最大额定值
| 参数值 | 最大值 | 单位 | |
| ID@ Tc=25℃ | 连续导通的漏极电流，VGS@ 10V | 36 | A |
| ID@ Tc=100℃ | 连续导通的漏极电流，VGS@ 10V | 23 | |
| IDM | 脉冲漏极电流 | 144 | |
| PD@ Tc=25℃ | 功率损耗 | 446 | W |
| 线性减少额定值因数 | 3.6 | W/℃ | |
| VGS | 栅极-源极电压 | 30 | V |
| dv/dt | 峰值二极管恢复dv/dt | 3.5 | V/ns |
| Tj TSTG | 工作结温和储存温度范围 | -55 to+150 | ℃ |
| 焊接温度（10秒内） | 300(1.6mm离管壳） |
表3 静态电气参数（除非另外特殊说明）
| 参数 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 | 条件 | |
| V（BR）DSS | 漏极-源极击穿电压 | 500 | - | - | V | VGS=0V, ID=250μA |
| RDS（on） | 静态漏极-源极导通电阻 | - | - | 0.13 | Ω | VGS=10V, ID=22A |
| VGS(th) | 梵极门发电压 | 2.0 | - | 4.0 | V | IDS=VGS, ID=250μA |
| IDSS | 漏极-源极漏电流 | - | - | 25 | μA | VDS=500V, VGS=0V |
| - | - | 250 | VDS=400, VGS=0V,Tj=150℃ | |||
| IGSS | 栅极-源极反向漏电流 | - | - | 100 | nA | VGS=30V |
| - | - | -100 | VGS=-30V |
表4 IRFPS37N50A动态电气参数（除非另外特殊说明）
| 参数 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 | 条件 | |
| gfs | 正向跨导 | 20 | - | - | s | VDS=50V,ID=22A |
| Qg | 总栅电荷 | - | - | 180 | nC | ID=36A, VDS=400A, VGS=10V,见图12 |
| Qgs | 栅极-源极电荷 | - | - | 46 | ||
| Qgd | 栅-漏极（Miller)电荷 | - | - | 71 | ||
| td(on) | 导通延迟时间 | - | 23 | - | ns | VDD=250 I36=A RG=2.15Ω RD=7.0Ω |
| tr | 上升时间 | - | 98 | - | ||
| td(off) | 截止延迟时间 | - | 52 | - | ||
| tf | 下降时间 | - | 80 | - | ||
| Ciss | 输入电容 | - | 5579 | - | pF | VGS=0V VDS=25V f=1.0MHz,见图11 |
| Coss | 输出电容 | - | 810 | - | ||
| Crss | 反向传输电容 | - | 36 | - | ||
| Coss | 输出电容 | - | 7905 | - | VGS=0V,VDS=1.0V, f=1.0MHz | |
| Coss | 输出电容 | - | 221 | - | VGS=0V,VDS=400V, f=1.0MHz | |
| Coss eff. | 有效输出电容 | - | 400 | - | VGS=0V, VDS=0V～400V | |
| EAS | 单脉冲雪崩能量 | - | 1260 | mJ | ||
| IAR | 雪崩电流 | - | 36 | A | ||
| EAR | 重复雪崩能量 | - | 44 | mJ | ||
| RθJC | 结-管壳 | - | 0.28 | ℃/W | ||
| RθCS | 管壳-散热片、平板玻璃、聚脂表面 | 0.24 | - | |||
| RθJA | 结-环境 | - | 40 | |||
| Is | 连续导通源极电流（体二极管） | - | - | 36 | A | MOSFET 符号表示 整体反接 PN结极管 |
| ISM | 脉冲源极电流（体二极管） | - | - | 144 | ||
| VSD | 二极管正向电压 | - | - | 1.5 | V | TJ=25℃,Is=36A VGS=0V |
| trr | 反向恢复时间 | - | 570 | 860 | ns | TJ=25℃,IF=36A di/dt=100A/μs |
| Qrr | 反向恢复电荷 | - | 8.6 | 13 | μC | |
| ton | 正向导通时间 | 本征导通时间可以忽略（导通由Ls+LD支配） | ||||
（1）低的栅极电荷Qg，
导致了简化驱动要求;
（2）改进了栅极雪崩和动态dv/dt强度;
（3）充分地赋予了容量特性和雪崩电压、雪崩电流特性。
其绝对最大额定值见表2。静态电气参数见表3。
其最大的漏极电流与管壳温度关系见图4。
最大雪崩能量与漏极电流关系见图5。
动态电气参数见表4。典型的输出特性见图6、图7。
典型的传输特性见图8，归一化的导通电阻与温度关系见图9，最大有效瞬态热阻抗（结—管壳）见图10。
典型的电容与漏-源电压关系见图11。
典型的栅极电荷与栅-源电压关系见图12。
典型的源-漏二术管正向电压见图13。
最大的安全工作区域见图14。
