MOSFETs de PotênciaEm produção

BSS138

Fabricante: onsemi

Dados retirados do datasheet: onsemi BSS138/D, revisão Rev. 7, abril de 2024

onsemi BSS138: MOSFET de canal N de nível lógico em SOT-23 (CASE 318-08), pinagem G-S-D; limite absoluto VDSS de 50 V e corrente contínua ID de 220 mA em TA = 25°C.

EncapsulamentosSOT-23
Datasheet Oficial (PDF)

Visão Geral Técnica

01

Visão Geral Técnica

O BSS138 é um transistor de efeito de campo de nível lógico de enriquecimento de canal N para pequenos sinais padrão da indústria produzido pela onsemi (datasheet BSS138/D, Rev. 7, abril de 2024). Acondicionado no encapsulamento de montagem em superfície SOT-23 (TO-236AB / CASE 318-08), o dispositivo apresenta pinagem G-S-D: pino 1 gate (G), pino 2 source (S) e pino 3 drain (D). As classificações máximas absolutas a TA = 25°C especificam tensão de ruptura dreno-fonte VDSS de 50V, tensão contínua dreno-gate VDGR de 50V (RGS <= 1 MΩ), tensão contínua gate-source VGSS de ±20V (pico não repetitivo ±40V para tp < 50 µs), corrente contínua de dreno ID de 220mA, corrente pulsada IDM de 880mA e dissipação total de potência PD de 360mW (redução de 2.8 mW/°C acima de 25°C; resistência térmica junção-ambiente RthetaJA = 350°C/W em área mínima de cobre). As características elétricas garantem tensão mínima de ruptura dreno-fonte BVDSS = 50V em VGS = 0V, ID = 250 µA. A tensão de limiar de gate VGS(th) varia de 0.8V mín., 1.3V típ. a 1.5V máx. com VDS = VGS, ID = 1.0 mA, representando o início da condução do canal. A resistência estática em condução RDS(on) é garantida em 1.4 Ω típ., 3.5 Ω máx. com VGS = 10V, ID = 0.22 A, e 1.9 Ω típ., 6.0 Ω máx. com VGS = 4.5V, ID = 0.22 A. Os tempos de comutação são rápidos: retardo de ativação td(on) = 2.5 ns típ. (20 ns máx.), tempo de subida tr = 9 ns típ. (20 ns máx.), retardo de desligamento td(off) = 20 ns típ. (50 ns máx.) e tempo de descida tf = 7 ns típ. (20 ns máx.) sob VDD = 30V, ID = 0.22 A, VGS = 10V e RGEN = 50 Ω. A capacitância de entrada Ciss é de 27 pF típ. (50 pF máx.) a VDS = 25V, VGS = 0V, f = 1.0 MHz. O diodo de corpo integrado possui corrente contínua direta máxima IS de 0.22 A e tensão direta VSD de 0.8V típ., 1.4V máx. em VGS = 0V, IS = 0.22 A.

Pinagem do Encapsulamento e Funções Alternativas

Pinagem interativa e funções dos pinos do encapsulamento SOT-23-3.

Diagrama de pinagem interativoSuperior

BSS138: ilustração do encapsulamento SOT-23Pinagem interativa e funções dos pinos do encapsulamento SOT-23.1: G2: S3: D

Ilustração do encapsulamento, não um desenho mecânico cotado.

3 / 3 pinos
#Nome do pinoTipoTolerante a 5VFunções alternativas / detalhes
Gpassive—
Terminal de gate (Gate, pino 1, terminal inferior esquerdo do SOT-23 / CASE 318-08; entrada de alta impedância, limite absoluto VGSS de ±20V contínuo, ±40V pico para tp < 50 µs)
Spassive—
Terminal de source (Source, pino 2, terminal inferior direito do SOT-23 / CASE 318-08; referência comum para os potenciais de gate e dreno)
Dpassive—
Terminal de drain (Drain, pino 3, terminal superior central do SOT-23 / CASE 318-08; limite absoluto VDSS de 50V, corrente contínua ID de 220 mA em TA = 25°C)

Especificações Principais

Atributos paramétricos

ParâmetroMín.TípicoMáx.UnidadeCondição de teste
Tensão de ruptura dreno-fonte(BVDSS)50——VVGS = 0 V, ID = 250 µA, TJ = 25°C
Tensão de limiar gate-source(VGS_th)0.81.31.5VVDS = VGS, ID = 1.0 mA, TJ = 25°C
Corrente de dreno com tensão de gate zero(IDSS)——0.5µAVDS = 50 V, VGS = 0 V, TJ = 25°C
Corrente de fuga gate-corpo(IGSS)——100nAVGS = ±20 V, VDS = 0 V, TJ = 25°C
Resistência dreno-fonte em condução a 10V(RDS_on_10V)—1.43.5ΩVGS = 10 V, ID = 0.22 A, TJ = 25°C
Resistência dreno-fonte em condução a 4.5V(RDS_on_4_5V)—1.96ΩVGS = 4.5 V, ID = 0.22 A, TJ = 25°C
Transcondutância direta(gFS)170350—mSVDS = 10 V, ID = 0.22 A, TJ = 25°C
Capacitância de entrada(Ciss)—2750pFVDS = 25 V, VGS = 0 V, f = 1.0 MHz, TJ = 25°C
Capacitância de saída(Coss)—1125pFVDS = 25 V, VGS = 0 V, f = 1.0 MHz, TJ = 25°C
Capacitância de transferência reversa(Crss)—48pFVDS = 25 V, VGS = 0 V, f = 1.0 MHz, TJ = 25°C
Tempo de retardo de ativação(td_on)—2.520nsCondições de ensaio: VDD = 30 V, ID = 0.22 A, VGS = 10 V, RGEN = 50 Ω, TJ = 25°C
Tempo de subida(tr)—920nsCondições de ensaio: VDD = 30 V, ID = 0.22 A, VGS = 10 V, RGEN = 50 Ω, TJ = 25°C
Tempo de retardo de desligamento(td_off)—2050nsCondições de ensaio: VDD = 30 V, ID = 0.22 A, VGS = 10 V, RGEN = 50 Ω, TJ = 25°C
Tempo de descida(tf)—720nsCondições de ensaio: VDD = 30 V, ID = 0.22 A, VGS = 10 V, RGEN = 50 Ω, TJ = 25°C
Tensão dreno-fonte máxima absoluta(VDSS)——50VTA = 25°C
Corrente de dreno contínua máxima absoluta(ID_cont)——220mATA = 25°C
Corrente de dreno pulsada máxima absoluta(IDM)——880mATA = 25°C
Dissipação total de potência máxima absoluta(PD)——360mWTA = 25°C; redução de 2.8 mW/°C acima de 25°C
Tensão direta do diodo de corpo(VSD)—0.81.4VVGS = 0 V, IS = 0.22 A, TJ = 25°C

Valores Máximos Absolutos

Temperatura de armazenamento-55 – 150 °C
Resistência térmica θJA (SOT-23)350 °C/W

Gotchas e Cuidados de Engenharia

Ressalvas reais de hardware, restrições de layout de PCB e erratas do silício a conhecer antes de fabricar.

Crítico

Orientação de source e drain em conversores de nível bidirecionais I2C

Nos circuitos conversores de nível lógico bidirecionais I2C tradicionais (NXP AN10441), o terminal de source do MOSFET deve ser conectado à linha de menor tensão de alimentação (ex.: 3.3V) com seu gate conectado a essa mesma tensão de 3.3V, enquanto o dreno fica voltado para o barramento de maior tensão (ex.: 5V). Como o transistor possui um diodo de corpo intrínseco orientado do source para o drain, inverter source e drain coloca o anodo no barramento de 5V e o catodo no de 3.3V. Isso polariza diretamente o diodo sempre que o lado de 3.3V estiver com tensão inferior, causando fuga descontrolada de corrente de 5V para 3.3V e travando o barramento em nível baixo.

Mitigação

Posicione o BSS138 estritamente com o Source (pino 2) no lado de menor tensão (VCC_low) e o Drain (pino 3) no lado de maior tensão (VCC_high). O Gate (pino 1) é ligado diretamente a VCC_low. Utilize resistores de pull-up externos em ambos os lados para estabelecer o nível alto em repouso.

Crítico

Resistência em condução para pequenos sinais (RDS(on) até 6.0 Ω) impede comutação de potência

O BSS138 é projetado para comutação de sinais lógicos e translação de níveis em alta velocidade, não para acionamento de cargas de potência. O datasheet BSS138/D estabelece resistência de condução de até 3.5 Ω a VGS = 10V e até 6.0 Ω a VGS = 4.5V (com ID = 0.22 A). Uma corrente de 150 mA em um canal de 6.0 Ω provoca queda de 0.9V no transistor e gera 135 mW de potência dissipada. Em um invólucro miniatura SOT-23 com resistência térmica RthetaJA = 350°C/W sobre pad mínimo, isso eleva a temperatura de junção em mais de 47°C sobre o ambiente.

Mitigação

Restrinja o BSS138 a sinais digitais de baixa corrente, linhas de comunicação e circuitos de pull-up (ID < 50 mA). Para comutação de potência, controle de motores ou relés com corrente acima de 100 mA, escolha um MOSFET de baixo RDS(on) como IRLZ44N, 2N7000 ou um TrenchFET de potência moderno.

Aviso

Acionamento com lógica inferior a 3.3V e ausência de garantia de baixa resistência

Embora a tensão de limiar de gate VGS(th) esteja entre 0.8V e 1.5V (em ID = 1.0 mA), esse limiar marca apenas o início da condução do canal. O datasheet do BSS138 da onsemi fornece especificações de RDS(on) apenas para VGS = 10V (<= 3.5 Ω) e VGS = 4.5V (<= 6.0 Ω); a fabricante não garante resistência com acionamento em 1.8V, 2.5V ou 3.3V. Ao converter sinais entre domínios de 1.8V e 3.3V, a margem de overdrive de gate (VGS - VGS(th)) nos piores transistores pode ser de apenas 0.3V, resultando em maior resistência e lentidão nos tempos de subida em barramentos I2C capacitivos.

Mitigação

Para domínios lógicos de 1.8V ou 2.5V, calcule a constante de tempo RC considerando uma resistência efetiva de canal maior (~15–30 Ω). Se os tempos de subida violarem o padrão I2C Fast-mode (400 kHz), reduza o valor dos resistores de pull-up ou use circuitos integrados tradutores dedicados (como PCA9306 ou TXS0102).

Aviso

Condução parasitária do diodo de corpo durante oscilações negativas ou na sequência de alimentação

O diodo de corpo integrado entre o source (anodo) e o drain (catodo) possui tensão de condução direta de 0.8V típ., 1.4V máx. Se as linhas de barramento apresentarem picos indutivos abaixo do potencial de terra ou se a alimentação de maior tensão for desligada com a inferior ativa, haverá corrente parasitária pelo diodo. Ao desenergizar a fonte de 5V para o terra, colocar a linha de 3.3V em nível alto poderá realimentar a barra de 5V através do resistor de pull-up e do canal condutor.

Mitigação

Verifique o sequenciamento de inicialização em sistemas com múltiplas tensões. Garanta a descarga segura dos capacitores de desacoplamento e evite acionar sinais em pinos de circuitos integrados desligados. Ao conduzir cargas indutivas ou cabos longos, adicione diodos Schottky de proteção para absorver oscilações negativas.

Circuitos de Aplicação

Conversor de nível lógico bidirecional I2C de 3.3V para 5V com BSS138

Topologia: Tradutor de nível de tensão bidirecional com MOSFET de canal N com porta fixada em 3.3V, fonte no barramento de 3.3V e resistores pull-up discretos.

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Documentação Oficial e Datasheets Citados

Datasheets primários de fabricantes de semicondutores, erratas e notas de aplicação.

DATASHEETonsemi

BSS138 N-Channel Logic Level Enhancement Mode Field Effect Transistor

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