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IRF6604

器件型号:IRF6604
厂商名称:International Rectifier ( Infineon )
厂商官网:http://www.irf.com/
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器件描述

Power MOSFET

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IRF6604器件文档内容

l Application Specific MOSFETs                          VDSS                                  PD - 94365B
l Ideal for CPU Core DC-DC Converters
l Low Conduction Losses                                  30V          IRF6604
l Low Switching Losses
l Low Profile (<0.7 mm)                                           HEXFET Power MOSFET
l Dual Sided Cooling Compatible
l Compatible with existing Surface Mount                        RDS(on) max Qg

  Techniques                                                  11.5m@VGS = 7.0V 17nC
                                                               13m@VGS = 4.5V

Description                                                                       DirectFET ISOMETRIC

The IRF6604 combines the latest HEXFET Power MOSFET Silicon technology with the advanced DirectFETTM packaging

to achieve the lowest on-state resistance charge product in a package that has the footprint of an SO-8 and only 0.7 mm

profile. The DirectFET package is compatible with existing layout geometries used in power applications, PCB assembly

equipment and vapor phase, infra-red or convection soldering techniques. The DirectFET package allows dual sided cooling

to maximize thermal transfer in power systems, IMPROVING previous best thermal resistance by 80%.

The IRF6604 balances both low resistance and low charge along with ultra low package inductance to reduce both conduc-
tion and switching losses. The reduced total losses make this product ideal for high efficiency DC-DC converters that power
the latest generation of processors operating at higher frequencies. The IRF6604 has been optimized for parameters that
are critical in synchronous buck converters including Rds(on) and gate charge to minimize losses in the control FET socket.

Absolute Maximum Ratings

VDS                                 Parameter                       Max.                           Units
                Drain-to-Source Voltage                               30                              V
VGS             Gate-to-Source Voltage                               12                              A
ID @ TC = 25C  Continuous Drain Current, VGS @ 7.0V                  49
ID @ TA = 25C  Continuous Drain Current, VGS @ 7.0V                  12                             W
ID @ TA = 70C                                                       9.2
IDM             c Continuous Drain Current, VGS @ 7.0V                92
PD @TA = 25C                                                        2.3
PD @TA = 70C   Pulsed Drain Current                                 1.5
PD @TC = 25C                                                         42
                g Power Dissipation
                g Power Dissipation

                Power Dissipation

                Linear Derating Factor                                  0.018                      W/C
                                                                    -40 to + 150                    C
TJ              Operating Junction and

TSTG            Storage Temperature Range

Thermal Resistance

RJA                          f Parameter                      Typ.                Max.             Units
RJA                                                                              55             C/W
RJA             Junction-to-Ambient                           12.5                 
RJC                                                            20                  
RJ-PCB          g Junction-to-Ambient                                           3.0
                h Junction-to-Ambient                          1.0                 
                i Junction-to-Case

                Junction-to-PCB Mounted

Notes  through  are on page 11                                                                       1
www.irf.com
                                                                                                   6/11/03
IRF6604

Static @ TJ = 25C (unless otherwise specified)

                       Parameter             Min. Typ. Max. Units                 Conditions

BVDSS       Drain-to-Source Breakdown Voltage 30       V VGS = 0V, ID = 250A
VDSS/TJ
RDS(on)     Breakdown Voltage Temp. Coefficient    27 mV/C Reference to 25C, ID = 1mA
                                                      e 9.0 11.5 m VGS = 7.0V, ID = 12A
VGS(th)     Static Drain-to-Source On-Resistance
VGS(th)/TJ
                                                   10 13           e VGS = 4.5V, ID = 9.6A

            Gate Threshold Voltage           1.0       3.0 V VDS = VGS, ID = 250A

            Gate Threshold Voltage Coefficient     -4.5 mV/C

IDSS        Drain-to-Source Leakage Current   30 A VDS = 24V, VGS = 0V

                                              100              VDS = 24V, VGS = 0V, TJ = 125C

IGSS        Gate-to-Source Forward Leakage    100 nA VGS = 12V

            Gate-to-Source Reverse Leakage    -100             VGS = -12V

gfs         Forward Transconductance         38 S VDS = 15V, ID = 9.6A

Qg          Total Gate Charge                17 26

     Qgs1   Pre-Vth Gate-to-Source Charge    4.1               VDS = 15V
     Qgs2   Post-Vth Gate-to-Source Charge
     Qgd    Gate-to-Drain Charge             1.0 nC VGS = 4.5V
     Qgodr  Gate Charge Overdrive
                                              6.3               ID = 9.6A

                                              5.6               See Fig. 16

Qsw         Switch Charge (Qgs2 + Qgd)       7.3

Qoss        Output Charge                     9.5 nC VDS = 16V, VGS = 0V
td(on)      Turn-On Delay Time                                        e VDD = 15V, VGS = 4.5V
tr          Rise Time                         11
td(off)     Turn-Off Delay Time
                                              4.3               ID = 9.6A

                                              18 ns Clamped Inductive Load

tf          Fall Time                         25

Ciss        Input Capacitance                2270              VGS = 0V

Coss        Output Capacitance                420 pF VDS = 15V

Crss        Reverse Transfer Capacitance      190                = 1.0MHz

Avalanche Characteristics

                          Parameter                   Typ.                       Max.           Units
            d Single Pulse Avalanche Energy                                    32             mJ
EAS          Avalanche Current                                                9.6             A
IAR          Repetitive Avalanche Energy                                      0.23            mJ
EAR

Diode Characteristics

            Parameter                        Min. Typ. Max. Units                 Conditions

IS          Continuous Source Current         12               MOSFET symbol             D

            (Body Diode)                                     A showing the

ISM         Pulsed Source Current             92               integral reverse     G
                                              0.94 1.2
             (Body Diode)                                            p-n junction diode.       S

VSD         Diode Forward Voltage                            e V TJ = 25C, IS = 9.6A, VGS = 0V

trr         Reverse Recovery Time             31   47     e ns TJ = 25C, IF = 9.6A
                                              26   39
Qrr         Reverse Recovery Charge                          nC di/dt = 100A/s

ton         Forward Turn-On Time             Intrinsic turn-on time is negligible (turn-on is dominated by LS+LD)

    2                                                                                   www.irf.com
                                                                                                                                                         IRF6604

                                 1000       VGS                                                                       1000              VGS
                                  100                                                                                  100
                                       TOP  10V                                                                                    TOP          10V

                                            7.0V                                                                                                7.0V

ID, Drain-to-Source Current (A)             4.5V                                     ID, Drain-to-Source Current (A)                            4.5V

                                            4.0V                                                                                                4.0V

                                            3.5V                                                                                                3.5V

                                            3.3V                                                                                                3.3V

                                            3.0V                                                                                                3.0V

                                       BOTTOM 2.7V                                                                                 BOTTOM 2.7V

                                                                                                                                                         2.7V

                                                         2.7V

                                 10                                                                                           10

                                                            20s PULSE WIDTH                                                                             20s PULSE WIDTH
                                                            Tj = 25C                                                                                    Tj = 150C

                                 1                  1          10               100                                           1                       1           10          100
                                    0.1                                                                                          0.1

                                            VDS, Drain-to-Source Voltage (V)                                                            VDS, Drain-to-Source Voltage (V)

                                 Fig 1. Typical Output Characteristics                                                        Fig 2. Typical Output Characteristics

                              100.00                                TJ = 150C                                                2.0
                               10.00                                                                                                 I D = 12A
ID, Drain-to-Source Current ()                   TJ = 25C                           RDS(on) , Drain-to-Source On Resistance
                                                                                          (Normalized)                        1.5
                                                                                                                              1.0

                                                                                                                              0.5

                                                            VDS = 15V
                                                            20s PULSE WIDTH

                                 1.00               3.0        3.5              4.0                                                                                                                 V GS = 7.0V
                                       2.5                                                                                    0.0

                                                                                                                                  -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

                                            VGS, Gate-to-Source Voltage (V)                                                             TJ, Junction Temperature      ( C)

                                 Fig 3. Typical Transfer Characteristics                                                           Fig 4. Normalized On-Resistance
                                                                                                                                              Vs. Temperature
www.irf.com
                                                                                                                                                                                3
IRF6604

                  10000                                      VGS = 0V, f = 1 MHZ                         VGS, Gate-to-Source Voltage (V)                                 6.0                     VDS= 24V
                   1000                                      Ciss = Cgs + Cgd, Cds SHORTED                                                                                        ID= 9.6A       VDS= 15V
                                                             Crss = Cgd
                                                             Coss = Cds + Cgd                                                                                            5.0

C, Capacitance(pF)                         Ciss                                                                                                                          4.0

                                                                                                                                                                         3.0

                                           Coss

                                                                                                                                                                         2.0

                                           Crss                                                                                                                          1.0

                                 100                              10                                100                                                                  0.0      5              10        15  20      25
                                        1                                                                                                                                      0

                                           VDS, Drain-to-Source Voltage (V)                                                                                                       QG Total Gate Charge (nC)

                                 Fig 5. Typical Capacitance Vs.                                                                                                                Fig 6. Typical Gate Charge Vs.
                                     Drain-to-Source Voltage                                                                                                                        Gate-to-Source Voltage

                                 100                                                                                                      ID, Drain-to-Source Current (A)1000                  OPERATION IN THIS AREA
                                                                                                                                                                          100                  LIMITED BY R DS(on)
                                                TJ= 150 C
ISD , Reverse Drain Current (A)   10

                                                                                                                                                                           10

                                                                      T J= 25 C                                                                                                                          100sec
                                 1                                                                                                                                                                          1msec
                                                                                                                                                                                                           10msec
                                                                                                                                                                           1

                                                                                   V GS = 0 V                                                                                      Tc = 25C
                                                                                                                                                                                   Tj = 150C
                                 0.1                                                                                                                                               Single Pulse
                                     0.0                                                                                                                                   0.1

                                           0.5               1.0                   1.5         2.0                                                                             0            1        10        100     1000

                                           V SD,Source-to-Drain Voltage (V)                                                                                                       VDS , Drain-toSource Voltage (V)

                         Fig 7. Typical Source-Drain Diode                                                                                                                    Fig 8. Maximum Safe Operating Area
                                     Forward Voltage
                                                                                                                                                                                                           www.irf.com
                  4
                                                                                                                                                    IRF6604

                        12                                                                     2.0
                                                                                               1.8
                        9                                                                      1.6VGS(th) Gate threshold Voltage (V)
                                                                                               1.4
ID , Drain Current (A)  6
                                                                                                                     ID = 250A
                        3                                                                      1.2
                                                                                               1.0
                        0                                                                      0.8
                                                                                               0.6
                             25              50  75      100                125  150           0.4
                                                                                               0.2
                                                 TA, Ambient Temperature                      0.0
                                                               (C)
                                                                                                    -75 -50 -25 0 25 50 75 100 125 150
                                 Fig 9. Maximum Drain Current Vs.                                                   TJ , Temperature ( C )
                                         Ambient Temperature
                                                                                       Fig 10. Threshold Voltage Vs. Temperature

                        100

(Z thJA )                       D = 0.50

Thermal Response                       0.20                                                                                                         P DM
                        10
                                                                                                                                                                 t1
                                       0.10                                                                                                                             t2
                                       0.05
                                                       SINGLE PULSE                                                             Notes:
                                       0.02      (THERMAL RESPONSE)
                          1
                                                                                                                                1. Duty factor D =  t1/ t 2
                                       0.01
                                                                                                                                2. Peak T J = P DM x Z thJA  +T A
                        0.1
                         0.00001                 0.0001              0.001       0.01                                      0.1          1                    10                 100

                                                                            t1, Rectangular Pulse Duration (sec)                                                            5

          Fig 11. Maximum Effective Transient Thermal Impedance, Junction-to-Ambient
www.irf.com
IRF6604

                                     15V                                                             80
                                                                                                                                                                                     ID

                                                                                                                                                TOP         4.3A

                                                                                                                                                            7.7A

     VDS                   L              DRIVER                                                                                                BOTTOM      9.6A

                                                           EAS , Single Pulse Avalanche Energy (mJ)  60

     RG             D.U.T                      +                                                     40
                   IAS                         - VDD
      2V0GVS
               tp       0.01                            A

Fig 12a. Unclamped Inductive Test Circuit

                                                                                                     20

                                            V(BR)DSS
                           tp

                                                                                                     0

                                                                                                         25  50         75  100                      125                                 150

                                                                                                             Starting Tj, Junction Temperature       ( C)

     IAS                                                                                                     Fig 12c. Maximum Avalanche Energy
                                                                                                                          Vs. Drain Current
Fig 12b. Unclamped Inductive Waveforms
                                                                                                                                                                 LD
                                                                                                                                           VDS

                                                                                                                                                                      +
                                                                                                                                                                VDD -

                                                                                                                                                D.U.T

       Current Regulator                                                                                           VGS
     Same Type as D.U.T.
                                                                                                                 Pulse Width < 1s
                                                                                                                 Duty Factor < 0.1%

                   50K

12V  .2F                                                                                              Fig 14a. Switching Time Test Circuit

                           .3F                                                                      VDS

                                                  +                                                  90%
                                     D.U.T. -VDS

VGS                                                                                                  10%

                      3mA                                                                            VGS

                                 IG  ID

                   Current Sampling Resistors                                                                td(on) tr

                                                                                                                            td(off) tf

    Fig 13. Gate Charge Test Circuit                                                                     Fig 14b. Switching Time Waveforms
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                                                                                                                                                www.irf.com
                                                                                                                                       IRF6604

                                                                                Driver Gate Drive                                           P.W.
                                                                                                                                           Period
           D.U.T                                                                P.W.               Period                              D=

                             +

                                Circuit Layout Considerations                                                                                      * VGS=10V

                                 Low Stray Inductance                                                                                             VDD
                                                                                                                                                   ISD
             -                   Ground Plane

                                 Low Leakage Inductance                        D.U.T. ISD Waveform

       +                        Current Transformer

                                - +                                 Reverse                                Body Diode Forward
                                                                    Recovery                                         Current
        -                                                           Current                                                     di/dt

                                                                                D.U.T. VDS Waveform Diode Recovery
     RG                                                                                                                    dv/dt

                dv/dt controlled by RG                VDD         Re-Applied                        Body Diode  Forward Drop
                Driver same type as D.U.T.                        Voltage     Inductor Curent
                                                                 +

                ISD controlled by Duty Factor "D"            -

                D.U.T. - Device Under Test

                                                                                       Ripple  5%

                                                                                * VGS = 5V for Logic Level Devices

             Fig 15. Peak Diode Recovery dv/dt Test Circuit for N-Channel
                                   HEXFET Power MOSFETs

                                                                                                      Id
                                Vds

                                                                                              Vgs

                                Vgs(th)

                                Qgs1 Qgs2 Qgd                                   Qgodr

                                Fig 16. Gate Charge Waveform

www.irf.com                                                                                                                                        7
IRF6604

Power MOSFET Selection for Non-Isolated DC/DC Converters

Control FET                                                        Synchronous FET

   Special attention has been given to the power losses              The power loss equation for Q2 is approximated
in the switching elements of the circuit - Q1 and Q2.              by;
Power losses in the high side switch Q1, also called
the Control FET, are impacted by the Rds(on) of the                Ploss  =  Pconduction  +  Pdrive  +  P*
MOSFET, but these conduction losses are only about                                                        output
one half of the total losses.
                                                                   ( ) Ploss =I2   
   Power losses in the control switch Q1 are given                            rms     Rds(on)
by;
                                                                          ( ) + Qg Vg f

Ploss = P + conduction P + switching Pdrive+ Poutput                      ( ) +  Qoss          f +
                                                                            2                  
   This can be expanded and approximated by;                                        Vin               Qrr Vin f

( ) Ploss =                                                        *dissipated primarily in Q1.
      I2        Rds(on )
       rms                                                           For the synchronous MOSFET Q2, Rds(on) is an im-
                                                                   portant characteristic; however, once again the im-
   +         Qgd   Vin        f   +       Qgs 2   Vin    f   portance of gate charge must not be overlooked since
      I       ig                        I      ig                  it impacts three critical areas. Under light load the
                                                                   MOSFET must still be turned on and off by the con-
                                                                   trol IC so the gate drive losses become much more
   ( ) + Qg Vg f                                               significant. Secondly, the output charge Qoss and re-
                                                                   verse recovery charge Qrr both generate losses that
   +    Qoss   Vin       f                                       are transfered to Q1 and increase the dissipation in
         2                                                         that device. Thirdly, gate charge will impact the
                                                                   MOSFETs' susceptibility to Cdv/dt turn on.
   This simplified loss equation includes the terms Qgs2
and Qoss which are new to Power MOSFET data sheets.                  The drain of Q2 is connected to the switching node
                                                                   of the converter and therefore sees transitions be-
   Qgs2 is a sub element of traditional gate-source                tween ground and Vin. As Q1 turns on and off there is
charge that is included in all MOSFET data sheets.                 a rate of change of drain voltage dV/dt which is ca-
The importance of splitting this gate-source charge                pacitively coupled to the gate of Q2 and can induce
into two sub elements, Qgs1 and Qgs2, can be seen from             a voltage spike on the gate that is sufficient to turn
Fig 16.                                                            the MOSFET on, resulting in shoot-through current .
                                                                   The ratio of Qgd/Qgs1 must be minimized to reduce the
   Qgs2 indicates the charge that must be supplied by              potential for Cdv/dt turn on.
the gate driver between the time that the threshold
voltage has been reached and the time the drain cur-
rent rises to Idmax at which time the drain voltage be-
gins to change. Minimizing Qgs2 is a critical factor in
reducing switching losses in Q1.

   Qoss is the charge that must be supplied to the out-
put capacitance of the MOSFET during every switch-
ing cycle. Figure A shows how Qoss is formed by the
parallel combination of the voltage dependant (non-
linear) capacitances Cds and Cdg when multiplied by
the power supply input buss voltage.

                                                                   Figure A: Qoss Characteristic

8                                                                                                                 www.irf.com
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DirectFET Outline Dimension, MQ Outline
(Medium Size Can, Q-Designation).

www.irf.com                              9
IRF6604

DirectFET Board Footprint, MQ Outline
(Medium Size Can, Q-Designation).

DirectFET Tape & Reel Dimension
(Showing component orientation).

10                                     www.irf.com
                                            IRF6604

DirectFET Part Marking

          6604

Notes:                                       Surface mounted on 1 in. square Cu board.
                                             Used double sided cooling , mounting pad.
Repetitive rating; pulse width limited by   Mounted on minimum footprint full size board with metalized
    max. junction temperature.
                                                 back and with small clip heatsink.
Starting TJ = 25C, L = 0.70mH              TC measured with thermal couple mounted to top (Drain) of
    RG = 25, IAS = 9.6A.
                                                part.
Pulse width  400s; duty cycle  2%.

                                 Data and specifications subject to change without notice.
             This product has been designed and qualified for the Consumer market.

                                    Qualification Standards can be found on IR's Web site.

IR WORLD HEADQUARTERS: 233 Kansas St., El Segundo, California 90245, USA Tel: (310) 252-7105
                                                                                                            TAC Fax: (310) 252-7903

                                                                 Visit us at www.irf.com for sales contact information.6/03

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