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600V N沟道耗尽型MOSFET系列产品概述

ARK（方舟微）最新推出了600V N沟道耗尽型MOSFET系列产品，采用先进的平面工艺设计，可靠性高，性能优异，是实现过流、过压保护的优选器件，可对DN2545、DN2550、CPC3960、CPC3909、BSP135等产品实现完美替代。

该系列产品的主要参数如下：

上一期介绍了DMS04R60A,本期将主要介绍DMS40R60A产品的参数特性。

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DMS40R60A产品选型指南

2.1、 DMS40R60A应用领域

▲ 常闭型固态继电器

▲ 电池供电系统

▲ 电流调节器、恒流源、电压电流转换器

▲ 限压器、限流器

2.2、 DMS40R60A应用方案

2.2.1、 常规过压、过流保护应用方案

耗尽型MOSFET凭借自身独特的特性，非常适合在宽电压条件下实现稳压输出、过压保护、恒流输出、过流保护等电路功能，因此DMS40R60A可供选型适配以下通用型保护电路方案：

图3、图4的通用型电路方案特点如下：

◆ 方案简单且支持高电压应用，适合低功耗场景。

◆ 直接利用耗尽型MOSFET的亚阈特性实现限压、限流：当耗尽型MOSFET工作在亚阈状态（V_G＜V_S）时，其亚阈电压V_GS存在特定范围，即V_GS(off)＜V_GS＜0V，利用V_GS电压存在确定范围的特点可直接实现稳压与恒流电路功能。

◆ 过压保护电路中满足：V_OUT(MAX.)≈|V_GS(off)|+V_Z，恒流与过流保护电路中满足：I_(MAX.)≈|V_GS(off)|/R，其中V_GS(off)与MOSFET流过的电流大小有唯一对应关系。

2.2.2、 ADC芯片端口过压保护方案

除了上述通用型方案以外，本期将分享一种适用于ADC等芯片端口过压保护的拓展方案。在ADC芯片应用方案中，通常会对芯片信号输入端口设计过压保护电路，常见的方案包括固定阻值电阻限流、并联二极管和TVS等，如下图所示：

传统方案不足：

● ADC采样端口的输入阻抗通常非常大，固定阻值电阻对宽电压范围输入的兼容性差，无法稳定实现限压保护功能

● 低压TVS管（如低于3.3V）不好选型

● 二极管I-V特性不易控，导致钳位电压超限

● 二极管方案无法应对持续过压现象（如现场接错线）

针对这些应用难点，可以使用耗尽型MOSFET来解决对应的问题，耗尽型MOSFET保护方案如下：

耗尽型MOSFET方案特点：

■ 耗尽型MOSFET工作在亚阈状态下，利用亚阈特性可确保V_SG(MAX.)＜V_GS(off)

■ 输入电压低于V_SG(MAX.)时，耗尽型MOSFET低阻直通，不影响信号采样

■ 输入电压高于V_SG(MAX.)，耗尽型MOSFET将输出电压箝位，确保ADC芯片端口不过压

■ 耗尽型MOSFET属于绝缘栅结构，S极对地（G极）电流小（nA级）

2.3、 DMS40R60A典型参数特性

看图小技巧：

转移特性曲线可帮助工程师匹配过流保护电路参数。如图8中A点可近似理解为亚阈电压V_GS=-1.29V时，对应器件沟道可通过的最大电流I_D(sat)=20mA（忽略沟道长度调制效应），因此若使用R=1.29V/20mA=64.5Ω的电阻，按照如图6所示电路连接，可实现限流20mA的过流保护。

2.4、 DMS40R60A产品参数实测

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D-MOSFET知识小茶馆

每天了解一个耗尽型MOSFET的知识点之：浅谈耗尽型MOSFET的阈值电压参数V_GS(off)。

a． 阈值电压的参数符号

耗尽型MOSFET的阈值电压也叫截止电压（Gate-to-Source Cut-off Voltage），行业习惯把耗尽型MOSFET的截止电压写作V_GS(off)。与之相对的，增强型MOSFET的阈值电压也叫开启电压（Gate Threshold Voltage），记作V_GS(th)。

对于MOSFET器件，是以流过漏-源极的电流I_D的大小来判断其通断状态的，因此在描述MOSFET的阈值电压时，都会附上特定的电流条件。例如，对于N沟道耗尽型MOSFET，通常会以I_D=8uA作为器件截止的特征条件；而对于N沟道增强型MOSFET，通常会以I_D=250uA作为器件开启的特征条件（不同厂家也会定义不同的电流值作为特征条件；对于同一颗器件，当特征电流的值发生变化时，对应的阈值电压值也会发生变化）。

b． 耗尽型MOSFET数据手册中VGS(off)参数的理解

在MOSFET的数据手册中，阈值电压参数一般会定义成一个区间电压，怎么理解这项参数呢？下面以DMS40R60A这款产品为例进行说明，DMS40R60A的阈值电压参数如下图所示：

可以看到，这里VGS(off)参数的测试条件是V_DS=3V，I_D = 8uA，对应的区间电压是-3.3V～-1.5V。表示的是：对于合格出厂的所有DMS40R60A产品，在V_DS=3V，I_D=8uA（TA=25℃）条件下测得的V_GS(off)都满足-3.3V≤V_GS(off)≤-1.5V的规范。对于一颗确定的DMS40R60A产品，其V_GS(off)值一定是该区间电压中的一个确定值。因为没有完全一模一样的MOSEFT器件，同一型号不同的产品会存在参数分布差异，因此MOSFET的阈值电压都会定义成一个区间电压。

c． 阈值电压的温度特性

随着温度升高，N沟道耗尽型MOSFET的V_GS(off)会变得更负（数值上|V_GS(off)|会变大）；随着降温降低，数值上|V_GS(off)|会减小。

对于MOSFET来说，当温度升高时，器件会变得更加容易开启（开启电压变低），更不容易关断（截止电压变高）。而阈值电压这项参数，对于增强型MOSFET是指开启电压V_GS(th)，对于耗尽型MOSFET是指截止电压V_GS(off)，因此若只看阈值电压的数值大小（N沟道与P沟道MOSFET的阈值电压存在正负号差异），那么增强型MOSFET的阈值电压V_GS(th)在数值上具有负温度系数，耗尽型MOSFET的阈值电压V_GS(off)在数值上具有正温度系数。