MOSFET与电压相关的漏电流

1. 前言

本文将重点讨论与电压相关的漏电流——漏源漏电流 (I DSS ) 和栅源漏电流(I GSS )。

为什么会出现漏电流？在为我们的应用选择功率 MOSFET 时，漏电流之所以重要，有两个基本原因。

首先，在电子系统中，减少电力浪费，尤其是当系统在待机模式下运行时。其次，在电池供电系统中，低泄漏有助于最大限度地延长原电池的电池寿命和二次电池充电之间的运行时间。

2.MOSFET 漏电流介绍

如图 1 所示，CSD15380F3 的 MOSFET 数据表指定了两个漏电流：I DSS和 I GSS。

图 1：来自 CSD15380F3 数据表的漏电流规格

最大泄漏是在一个电压下指定的：I DSS在 BV DSS 的80% (V GS = 0 V) 和 I GSS在绝对最大 V GS (V DS = 0 V)。经常有人问我这些参数如何随电压变化，答案不仅取决于施加的电压，还取决于栅极静电放电 (ESD) 结构，如技术文章“您的 MOSFET 提供哪种类型的 ESD 保护包括？” 回顾一下，TI MOSFET 中使用的三种 ESD 保护类型是无（最低泄漏）、单端（最低泄漏）和背对背（最高泄漏）。

I GSS电流

在本节中，我将展示 具有三种栅极 ESD 保护的 几种 TI N 和 P 沟道 NexFET功率 MOSFET 的I GSS随电压变化的图表。这些是仅用于设计指导的典型曲线，不能保证性能。TI 仅保证 MOSFET 数据表中规定的泄漏。

图 2 显示了没有栅极 ESD 保护的 30V N 沟道 FET (NFET) 和 –20V P 沟道 FET (PFET)的 I GSS与 V GS 的扫描图。泄漏相对平坦，直到 V GS接近其正负绝对最大极限。

图 2：I GSS与没有 ESD 保护的V GS：30-V NFET (a)；和–20V PFET (b)

图 3 显示了具有单端栅极 ESD 保护结构的 20V N 沟道 FET 和 –20V P 沟道 FET 的I GSS。当栅极 ESD 二极管变为正向偏置时，漏电流呈指数增加。如果在应用中很可能发生这种情况，则必须使用外部栅极电阻来限制电流并防止损坏 MOSFET。

 图 3：具有单端 ESD 保护的I GSS与 V GS：20-V NFET (a)；和 –20V PFET (b)

图 4 中的曲线显示了具有背对背栅极 ESD 保护结构的 60V NFET 和 –8V PFET 的I GSS。由于背对背栅极 ESD 二极管，这些器件在 V GS = 0 V附近显示出对称泄漏特性。

I DSS电流

当 FET 关闭时，另一个 MOSFET 漏电流 I DSS是从漏到源的。接下来的几幅图显示了具有三种类型 ESD 保护的 TI NFET 和 PFET 的I DSS与 V DS的关系。这些是仅用于设计指导的典型曲线，不能保证性能。TI 仅保证 MOSFET 数据表中规定的泄漏。

图 5 绘制了没有 ESD 保护的 30V NFET 和 –20V PFET 的I DSS。

图 5：没有 ESD 保护的I DSS与 V DS：30-V NFET (a)；和 –20V PFET (b)

图 6 显示了 20V N 沟道 MOSFET 和 –20V P 沟道 FET 的I DSS，带有单端栅极 ESD 保护二极管。

图 6：具有单端 ESD 保护的I DSS与 V DS：20-V NFET (a)；和 –20V PFET (b)

图 7 中的曲线显示了具有背对背栅极 ESD 保护结构的 12V N 沟道 MOSFET 和 –20V P 沟道 MOSFET 的I DSS。

图 7：具有背对背 ESD 保护的I DSS与 V DS：12-V NFET (a)；和 –20V PFET (b)

结论

我希望 I GSS电流和 I GSS与 V GS以及 I DSS电流和 I DSS与 V DS的典型曲线将帮助我们了解 MOSFET 漏电流如何随电压变化。我们测试了电气特性数据表中条件下的最大漏电流。

本文中的图表显示了在 TI FET 中实施的 3 种类型的栅极 ESD 结构的漏电流与电压的一般趋势。