TK100E10N1

东芝公司的 TK100E10N1 是一款 100V N 沟道功率 MOSFET，采用东芝 U-MOS VIII-H 沟槽栅极技术，在标准 TO-220 通孔封装中实现了极低的导通电阻（典型值为 2.8 mOhm）。它专为直流-直流转换器、电机驱动器和电源中的大电流开关应用而设计，在这些应用中，低导通损耗和快速开关是至关重要的。.

U-MOS VIII-H 技术是东芝公司的第八代沟槽栅 MOSFET 平台，专为高压（60-150V）应用而优化。沟槽栅结构在硅片中形成垂直沟道，沟道密度远高于平面 MOSFET。因此，单位芯片面积的 RDS(on) 更低，在 VGS=10V 时，芯片的最大 RDS(on) 规格为 3.4 mOhm，且符合 TO-220 封装的热限制。.

100V 额定电压使这款 MOSFET 适用于 48V 汽车系统（12V 电池，4 倍裕量）、24V 和 48V 工业电源以及电信 -48V 系统。2.8 mOhm RDS(on)意味着在 50A 连续电流下，传导损耗仅为 7W （I2R = 502 x 0.0028），这在适度散热的情况下是可以承受的。当电流为 100A 时，传导损耗上升到 28W，这就要求采用更大的散热解决方案。.

由于低 RDS（导通）所需的芯片尺寸较大，140 nC 的总栅极电荷相对较高。栅极电荷决定了开关损耗和栅极驱动器功率要求。在开关频率为 100 kHz、栅极驱动电压为 10V 的情况下，栅极驱动器功耗为 Qg x VGS x f = 140nC x 10V x 100kHz = 0.14W，功率不大。不过，开关转换（32ns 上升，45ns 下降）会导致开关损耗随频率增加而增加，因此这种 MOSFET 最适合 200-300 kHz 以下的应用。.

222 mJ（单脉冲）的雪崩能量额定值和 100A 的雪崩电流表明，TK100E10N1 可以在非闭锁开关事件中安全地吸收电感负载回跳产生的能量。这在电感能量可能很大的电机驱动和电磁线圈驱动器应用中非常重要。.

体二极管反向恢复时间为 93 ns，反向恢复电荷为 220 nC，数值适中，会影响桥式拓扑（半桥、全桥、同步降压）的效率，因为体二极管会在死区时间间隔内导通。对于需要更快体二极管恢复时间的应用，可考虑使用专门针对同步整流进行优化的 MOSFET，或使用与体二极管并联的外部肖特基二极管。.

100A 的封装额定电流（相对于 207A 的硅额定电流）反映了 TO-220 引线框架和键合导线的限制。对于连续电流要求超过 100A 的应用，建议使用引线框架更重的 TO-247 或 D2PAK 封装。TC=25C 时的额定功率耗散为 255W，需要无限大的散热器；实际热设计必须考虑散热器热阻和环境温度。.

TK100E10N1 采用 U-MOS VIII-H 沟槽栅技术，作为 N 沟道增强型功率 MOSFET 运行。.

U-MOS VIII-H 沟槽栅极技术：U-MOS VIII-H（第八代高压）技术采用垂直沟槽栅极结构，栅极在硅片上蚀刻的深沟槽中形成。电流从漏极（芯片背面）垂直流过漂移区，通过沟槽侧壁上的反转沟道，到达源极（芯片顶部）。这种垂直结构具有以下几个优点：（1）沟道形成于沟道的垂直侧壁上，因此沟道密度高，沟道电阻低；（2）电流垂直流动，消除了平面 MOSFET 中出现的横向电流拥挤现象；（3）单元间距可以做得很小，从而最大限度地增加单位面积上的单元数量。因此，单位芯片面积的 RDS(on) 极低。.

漂移区和额定电压：100V 额定电压取决于 P 体和 N+ 基底面之间 N 型漂移区的厚度和掺杂程度。当施加 VDS 时（漏极正极），P 体和 N 型漂移区之间的 P-N 结为反向偏压，耗尽区延伸至漂移区。漂移区的厚度和掺杂程度必须足够轻，以维持 100V 电压而不发生击穿，但这会增加漂移区电阻，而漂移区电阻是 RDS（导通）的主要组成部分。U-MOS VIII-H 技术优化了漂移区轮廓（包括电荷耦合结构或重浮技术），在保持 100V 击穿电压的同时将漂移电阻降至最低。.

开关操作：当向栅极施加高于 VGS(th)（2.0-4.0V）的正向电压时，P 体表面会沿着沟道侧壁形成一个反相层（N 型沟道），将 N+ 源极与 N 漂移区连接起来。电流从漏极流向源极（传统方向）。当去除栅极电压（VGS = 0V）时，反相层消失，电流停止。开关速度受限于栅极电容（Ciss = 8800 pF）充放电所需的时间。栅极驱动器必须在导通期间提供栅极电荷 (Qg = 140 nC)，并在关断期间吸收栅极电荷。.

雪崩操作：当关闭电感负载时，漏极电压会因电感踢脚（V = L x dI/dt）而升至击穿电压 (BVdss) 以上。在雪崩模式下，MOSFET 通过由 N+ 源极、P 体和 N 漂移区形成的寄生 NPN 晶体管传导电流。TK100E10N1 通过了 100% 雪崩测试，这意味着每个器件都经过验证，能够在指定的雪崩事件中存活而不发生劣化。单脉冲雪崩能量（EAS = 222 mJ）是器件在单次事件中能吸收而不受损害的最大能量。.

体二极管：P 型体到 N 型漂移区的结形成一个固有的体二极管，阳极位于源极，阴极位于漏极。当 VDS 为负值（源极高于漏极）时，体二极管为正向偏压并导通电流。在半桥和同步降压转换器中，当两个 MOSFET 均关断时，体二极管在死区时间内导通。当相对的 MOSFET 接通并迫使体二极管恢复时，体二极管反向恢复（trr = 93 ns，Qrr = 220 nC）会产生开关损耗。.