MOS管定期導(dǎo)通和關(guān)斷

mos管是金屬（metal）-氧化物（oxid）-半導(dǎo)體（semiconductor）場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或者稱(chēng)是金屬-絕緣體（insulator）-半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對(duì)調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的，即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)稱(chēng)的。

在開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用方面，這種應(yīng)用需要MOS管定期導(dǎo)通和關(guān)斷。比如，DC-DC電源中常用的基本降壓轉(zhuǎn)換器依賴(lài)兩個(gè)MOS管來(lái)執(zhí)行開(kāi)關(guān)功能，這些開(kāi)關(guān)交替在電感里存儲(chǔ)能量，然后把能量釋放給負(fù)載。我們常選擇數(shù)百kHz乃至1MHz以上的頻率，因?yàn)轭l率越高，磁性元件可以更小更輕。在正常工作期間，MOS管只相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體。因此，我們電路或者電源設(shè)計(jì)人員最關(guān)心的是MOS的最小傳導(dǎo)損耗。

我們經(jīng)常看MOS管的PDF參數(shù)，MOS管制造商采用RDS（ON）參數(shù)來(lái)定義導(dǎo)通阻抗，對(duì)開(kāi)關(guān)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，RDS（ON）也是最重要的器件特性。數(shù)據(jù)手冊(cè)定義RDS（ON）與柵極（或驅(qū)動(dòng)）電壓VGS以及流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流有關(guān)，但對(duì)于充分的柵極驅(qū)動(dòng)，RDS（ON）是一個(gè)相對(duì)靜態(tài)參數(shù)。一直處于導(dǎo)通的MOS管很容易發(fā)熱。另外，慢慢升高的結(jié)溫也會(huì)導(dǎo)致RDS（ON）的增加。MOS管數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定了熱阻抗參數(shù)，其定義為MOS管封裝的半導(dǎo)體結(jié)散熱能力。RθJC的最簡(jiǎn)單的定義是結(jié)到管殼的熱阻抗。

其發(fā)熱情況有：

1.電路設(shè)計(jì)的問(wèn)題，就是讓MOS管工作在線(xiàn)性的工作狀態(tài)，而不是在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。這也是導(dǎo)致MOS管發(fā)熱的一個(gè)原因。如果N-MOS做開(kāi)關(guān)，G級(jí)電壓要比電源高幾V，才能完全導(dǎo)通，P-MOS則相反。沒(méi)有完全打開(kāi)而壓降過(guò)大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設(shè)計(jì)電路的最忌諱的錯(cuò)誤。

2.頻率太高，主要是有時(shí)過(guò)分追求體積，導(dǎo)致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了。

3.沒(méi)有做好足夠的散熱設(shè)計(jì)，電流太高，MOS管標(biāo)稱(chēng)的電流值，一般需要良好的散熱才能達(dá)到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴(yán)重，需要足夠的輔助散熱片。

4.MOS管的選型有誤，對(duì)功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒(méi)有充分考慮，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)阻抗增大。

MOSFET開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間定義

（一）在應(yīng)用過(guò)程中，以下幾個(gè)特性是經(jīng)常需要考慮的：

1、V（BR）DSS 的正溫度系數(shù)特性。這一有異于雙極型器件的特性使得其在正常工作溫度升高后變得更可靠。但也需要留意其在低溫冷啟機(jī)時(shí)的可靠性。

2、 V（GS）th 的負(fù)溫度系數(shù)特性。柵極門(mén)檻電位隨著結(jié)溫的升高會(huì)有一定的減小。一些輻射也會(huì)使得此門(mén)檻電位減小，甚至可能低于0電位。這一特性需要工程師注意MOSFET在此些情況下的干擾誤觸發(fā)，尤其是低門(mén)檻電位的MOSFET應(yīng)用。因這一特性，有時(shí)需要將柵極驅(qū)動(dòng)的關(guān)閉電位設(shè)計(jì)成負(fù)值（指 N 型，P 型類(lèi)推）以避免干擾誤觸發(fā)。

3、VDSon/RDSon 的正溫度系數(shù)特性。VDSon/RDSon 隨著結(jié)溫的升高而略有增大的特性使得MOSFET的直接并聯(lián)使用變得可能。雙極型器件在此方面恰好相反，故其并聯(lián)使用變得相當(dāng)復(fù)雜化。RDSon也會(huì)隨著ID的增大而略有增大，這一特性以及結(jié)和面RDSon正溫度特性使得MOSFET避免了象雙極型器件那樣的二次擊穿。 但要注意此特性效果相當(dāng)有限，在并聯(lián)使用、推挽使用或其它應(yīng)用時(shí)不可完全依賴(lài)此特性的自我調(diào)節(jié)，仍需要一些根本措施。這一特性也說(shuō)明了導(dǎo)通損耗會(huì)在高溫時(shí)變得更大。故在損耗計(jì)算時(shí)應(yīng)特別留意參數(shù)的選擇。

4、ID的負(fù)溫度系數(shù)特性，MOSFET參數(shù)理解及其主要特性ID會(huì)隨著結(jié)溫度升高而有相當(dāng)大的減額。這一特性使得在設(shè)計(jì)時(shí)往往需要考慮的是其在高溫時(shí)的ID參數(shù)。

5、雪崩能力IER/EAS的負(fù)溫度系數(shù)特性。結(jié)溫度升高后，雖然會(huì)使得MOSFET具有更大的 V（BR）DSS ，但是要注意EAS會(huì)有相當(dāng)大的減額。也就是說(shuō)高溫條件下其承受雪崩的能力相對(duì)于常溫而言要弱很多。

6、MOSFET 的體內(nèi)寄生二極管導(dǎo)通能力及反向恢復(fù)表現(xiàn)并不比普通二極管好。在設(shè)計(jì)中并不期望利用其作為回路主要的電流載體。往往會(huì)串接阻攔二極管使體內(nèi)寄生二極管無(wú)效，并通過(guò)額外并聯(lián)二極管構(gòu)成回路電載體。但在同步整流等短時(shí)間導(dǎo)通或一些小電流要求的情況下是可以考慮將其作為載體的。

7、漏極電位的快速上升有可能會(huì)發(fā)生柵極驅(qū)動(dòng)的假觸發(fā)現(xiàn)象 （spurious-trigger） ，故在很大的 dVDS/dt 應(yīng)用場(chǎng)合（高頻快速開(kāi)關(guān)電路）需要考慮這方面的可能性。

功率MOSFET的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程原理

1）：開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程實(shí)驗(yàn)電路?

（2）：MOSFET的電壓和電流波形：

（3）：開(kāi)關(guān)過(guò)程原理：???

開(kāi)通過(guò)程［40~tt］：?

在t0前，MOSFET工作于截止?fàn)顟B(tài)，t0時(shí)，MOSFET被驅(qū)動(dòng)開(kāi)通；?

［t0-t1］區(qū)間，MOSFET的GS電壓經(jīng)Vgg對(duì)Cgs充電而上升，在t1時(shí)刻，到達(dá)維持電壓Vth，MOSFET開(kāi)始導(dǎo)電；?

［t1-t2］區(qū)間，MOSFET的DS電流增加，Millier電容在該區(qū)間內(nèi)因DS電容的放電而放電，對(duì)GS電容的充電影響不大；?

［t2-t3］區(qū)間，至t2時(shí)刻，MOSFET的DS電壓降至與Vgs相同的電壓，Millier電容大大增加，外部驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)Millier電容進(jìn)行充電，GS電容的電壓不變，Millier電容上電壓增加，而DS電容上的電壓繼續(xù)減小；?

［t3-t4］區(qū)間，至t3時(shí)刻，MOSFET的DS電壓降至飽和導(dǎo)通時(shí)的電壓，Millier電容變小并和GS電容一起由外部驅(qū)動(dòng)電壓充電，GS電容的電壓上升，至t4時(shí)刻為止。此時(shí)GS電容電壓已達(dá)穩(wěn)態(tài)，DS電壓也達(dá)最小，即穩(wěn)定的通態(tài)壓降。

關(guān)斷過(guò)程［95~tt］：?

在t5前，MOSFET工作于導(dǎo)通狀態(tài)，t5時(shí)，MOSFET被驅(qū)動(dòng)關(guān)斷；?

［t5-t6］區(qū)間，MOSFET的Cgs電壓經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路電阻放電而下降，在t6時(shí)刻，MOSFET的通態(tài)電阻微微上升，DS電壓梢稍增加，但DS電流不變；?

［t6-t7］區(qū)間，在t6時(shí)刻，MOSFET的Millier電容又變得很大，故GS電容的電壓不變，放電電流流過(guò)Millier電容，使DS電壓繼續(xù)增加；?

［t7-t8］區(qū)間，至t7時(shí)刻，MOSFET的DS電壓升至與Vgs相同的電壓，Millier電容迅速減小，GS電容開(kāi)始繼續(xù)放電，此時(shí)DS電容上的電壓迅速上升，DS電流則迅速下降；?

［t8-t9］區(qū)間，至t8時(shí)刻，GS電容已放電至Vth，MOSFET完全關(guān)斷；該區(qū)間內(nèi)GS電容繼續(xù)放電直至零。?