深入理解MOSFET規(guī)格書(shū)及應(yīng)用設(shè)計(jì)

MOSFET簡(jiǎn)介

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■MOSFET的全稱為：metal oxide semiconductor field-effect transistor，中文通常稱之為，金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管.

■MOSFET最早出現(xiàn)在大概上世紀(jì)60年代，首先出現(xiàn)在模擬電路的應(yīng)用。

■功率MOSFET在上世紀(jì)80年代開(kāi)始興起，在如今電力電子功率器件中，無(wú)疑成為了最重要的主角器件。

MOSFET的一些主要參數(shù)

■耐壓：通常所說(shuō)的VDS，或者說(shuō)是擊穿電壓。那么一般MOS廠家是如何來(lái)定義這個(gè)參數(shù)的呢？

■上面這個(gè)例子顯示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為0，Vds達(dá)到200V的時(shí)候，Id這個(gè)電流達(dá)到了250uA，這個(gè)時(shí)候認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到擊穿電壓。

■不同的廠家對(duì)此定義略有不同，但是基本上來(lái)說(shuō)，當(dāng)電壓超過(guò)擊穿電壓，MOS的漏電流就會(huì)急劇上升。

■導(dǎo)通電阻：

■MOSFET在導(dǎo)通之后，其特性可以近似認(rèn)為是一個(gè)電阻

■上面這個(gè)例子表示，在驅(qū)動(dòng)電壓為10V的時(shí)候，導(dǎo)通電阻為0.18歐姆

■導(dǎo)通電阻的溫度關(guān)系：

■MOS的導(dǎo)通電阻隨溫度上升而上升，下圖顯示該MOS的導(dǎo)通電阻在結(jié)溫為140度的時(shí)候，為20度時(shí)候的2倍。

■導(dǎo)通閥值電壓：就是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓到達(dá)該值之后，可認(rèn)為MOS已經(jīng)開(kāi)通。

■上面這個(gè)例子，可以看到當(dāng)Vgs達(dá)到2-4V的時(shí)候，MOS電流就上升到250uA。這時(shí)候可認(rèn)為MOS已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)通。

■驅(qū)動(dòng)電壓和導(dǎo)通電阻，最大導(dǎo)通電流之間的關(guān)系

■從下圖可以看到，驅(qū)動(dòng)電壓越高，實(shí)際上導(dǎo)通電阻越小，而且最大導(dǎo)通電流也越大

■導(dǎo)通閥值電壓隨溫度上升而下降

■MOSFET的寄生二極管

■寄生二極管比較重要的特性，就是反向恢復(fù)特性。這個(gè)在ZVS，同步整流等應(yīng)用中顯得尤為重要。

■MOSFET的寄生電容

■這三個(gè)電容的定義如下：

■MOS的寄生電容都是非線性電容，其容值和加在上面的電壓有關(guān)。所以一般的MOS廠家還會(huì)用另外一個(gè)參數(shù)來(lái)描述這個(gè)特性：

■用電荷來(lái)描述

MOSFET的驅(qū)動(dòng)技術(shù)

■MOS雖然是電壓型驅(qū)動(dòng)，但是由于寄生電容的存在，必須要求驅(qū)動(dòng)電路提供一定的驅(qū)動(dòng)電流。

■較小的驅(qū)動(dòng)電流，會(huì)導(dǎo)致MOS的GS電壓上升緩慢，降低了開(kāi)關(guān)速度，提高了開(kāi)關(guān)損耗。

■米勒電容Cgd

■米勒電容雖然看起來(lái)很小，但是對(duì)驅(qū)動(dòng)的影響很大，特別在VDS比較高的場(chǎng)合。但是在ZVS和同步整流等應(yīng)用中，由于VDS會(huì)在驅(qū)動(dòng)上來(lái)之前，下降到零，就不存在這個(gè)問(wèn)題。

■上面的例子定義驅(qū)動(dòng)能力為峰值電流（在特定條件下）

■有些廠商就用內(nèi)阻來(lái)定義驅(qū)動(dòng)能力。

■當(dāng)IC本身的驅(qū)動(dòng)能力不足的時(shí)候，就需要外加驅(qū)動(dòng)電路來(lái)增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，以達(dá)到快速開(kāi)關(guān)MOS的需求

■1.采用分立器件，比如圖騰柱。

■2.采用集成的驅(qū)動(dòng)IC.

■MOSFET的低端（low side）驅(qū)動(dòng)：

■所謂低端驅(qū)動(dòng)，就是驅(qū)動(dòng)電路的參考地，就是MOS的S端。

■低端驅(qū)動(dòng)，電路往往比較簡(jiǎn)單，除了驅(qū)動(dòng)能力之外，還是需要注意一些細(xì)節(jié)。

■MOSFET的高端（High Side)驅(qū)動(dòng)

■很多情況下，MOSFET的S極并不是IC的參考地，比如BUCK開(kāi)關(guān)管，橋式電路的上管……

■自舉驅(qū)動(dòng)，利用自舉電路，自動(dòng)抬升供電電壓。自舉的驅(qū)動(dòng)芯片種類很多，但是需要注意其耐壓。

■對(duì)于二極管整流的buck，自舉驅(qū)動(dòng)需要注意的問(wèn)題。

■利用變壓器隔離驅(qū)動(dòng)：

■對(duì)于浮地的MOS，或者和IC隔離的MOS，通?？梢圆捎米儔浩鞲綦x驅(qū)動(dòng)

■變壓器隔離驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵：

■變壓器隔離驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵考慮的問(wèn)題，就是變壓器的復(fù)位，比較常用是利用隔直電容來(lái)復(fù)位，但是需要注意的是，采用隔直電容之后，有可能變壓器傳遞的電壓幅度和占空比有關(guān)。需要考慮變壓器的變比。

■對(duì)于跨初次級(jí)的驅(qū)動(dòng)變壓器，還需要考慮其耐壓的問(wèn)題。

■利用簡(jiǎn)單倍壓電路來(lái)抬升驅(qū)動(dòng)電壓。

■下圖的驅(qū)動(dòng)電路，可以傳遞大占空比的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而且可以讓驅(qū)動(dòng)電壓不下降。

■隔直電容帶來(lái)的問(wèn)題：

■由于隔直電容會(huì)儲(chǔ)存能量，所以在驅(qū)動(dòng)消失之后，隔直電容會(huì)和變壓器產(chǎn)生諧振，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路傳遞錯(cuò)誤的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

■為了降低這個(gè)問(wèn)題的影響?？梢岳眠@些電阻來(lái)阻尼這個(gè)震蕩。

■對(duì)具有隔直電容的驅(qū)動(dòng)電路，有些IC會(huì)植入soft stop的功能：在關(guān)機(jī)時(shí)候，讓驅(qū)動(dòng)的占空比逐漸降低到0.

■為了避免這個(gè)隔直電容帶來(lái)的問(wèn)題，可以采用無(wú)電容的變壓器驅(qū)動(dòng)電路。

■如果用IC直接驅(qū)動(dòng)變壓器，那么需要注意：

■同步整流驅(qū)動(dòng)，需要注意邏輯的問(wèn)題

■同步整流2個(gè)管子的驅(qū)動(dòng)關(guān)系為互補(bǔ)，但是當(dāng)主管長(zhǎng)時(shí)間關(guān)斷的時(shí)候，整流管就會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通的情況。

■所以在關(guān)機(jī)的時(shí)候，不能簡(jiǎn)單的把主管驅(qū)動(dòng)信號(hào)置低，而要同時(shí)把整流管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也置低。

■MOS的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，并聯(lián)驅(qū)動(dòng)要盡量保證每個(gè)管子的驅(qū)動(dòng)線對(duì)稱。