MOSFET結構與主要參數等詳解-全面的MOSFET驅動(dòng)技術(shù)剖析-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-12-19
MOSFET的全稱(chēng)為：metal oxide semiconductor field-effect transistor，中文通常稱(chēng)之為，金屬-氧化層-半導體-場(chǎng)效晶體管.MOSFET最早出現在大概上世紀60年代，首先出現在模擬電路的應用。功率MOSFET在上世紀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。
下圖是典型平面N溝道增強型NMOSFET的剖面圖。它用一塊P型硅半導體材料作襯底，在其面上擴散了兩個(gè)N型區，再在上面覆蓋一層二氧化硅(SiO2）絕緣層，最后在N區上方用腐蝕的方法做成兩個(gè)孔，用金屬化的方法分別在絕緣層上及兩個(gè)孔內做成三個(gè)電極：G(柵極）、S（源極）及D（漏極），如圖所示。
下圖中可以看出柵極G與漏極D及源極S是絕緣的，D與S之間有兩個(gè)PN結。一般情況下，襯底與源極在內部連接在一起，這樣，相當于D與S之間有一個(gè)PN結。
下圖是常見(jiàn)的N溝道增強型MOSFET的基本結構圖。為了改善某些參數的特性，如提高工作電流、提高工作電壓、降低導通電阻、提高開(kāi)關(guān)特性等有不同的結構及工藝，構成所謂VMOS、DMOS、TMOS等結構。
耐壓：通常所說(shuō)的VDS，或者說(shuō)是擊穿電壓。那么一般MOS廠(chǎng)家是如何來(lái)定義這個(gè)參數的呢？
上面這個(gè)例子顯示，當驅動(dòng)電壓為0，Vds達到200V的時(shí)候，Id這個(gè)電流達到了250uA，這個(gè)時(shí)候認為已經(jīng)達到擊穿電壓。
不同的廠(chǎng)家對此定義略有不同，但是基本上來(lái)說(shuō)，當電壓超過(guò)擊穿電壓，MOS的漏電流就會(huì )急劇上升。
導通電阻：MOSFET在導通之后，其特性可以近似認為是一個(gè)電阻
上面這個(gè)例子表示，在驅動(dòng)電壓為10V的時(shí)候，導通電阻為0.18歐姆。
導通電阻的溫度關(guān)系：MOS的導通電阻隨溫度上升而上升，下圖顯示該MOS的導通電阻在結溫為140度的時(shí)候，為20度時(shí)候的2倍。
導通閥值電壓：就是當驅動(dòng)電壓到達該值之后，可認為MOS已經(jīng)開(kāi)通。
上面這個(gè)例子，可以看到當Vgs達到2-4V的時(shí)候，MOS電流就上升到250uA。這時(shí)候可認為MOS已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)通。
驅動(dòng)電壓和導通電阻，最大導通電流之間的關(guān)系
從下圖可以看到，驅動(dòng)電壓越高，實(shí)際上導通電阻越小，而且最大導通電流也越大。
導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，就是反向恢復特性。這個(gè)在ZVS，同步整流等應用中顯得尤為重要。
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(xiàn)性電容，其容值和加在上面的電壓有關(guān)。所以一般的MOS廠(chǎng)家還會(huì )用另外一個(gè)參數來(lái)描述這個(gè)特性：
MOS的寄生電容都是非線(xiàn)性電容，其容值和加在上面的電壓有關(guān)。所以一般的MOS廠(chǎng)家還會(huì )用另外一個(gè)參數來(lái)描述這個(gè)特性：
MOSFET驅動(dòng)技術(shù),MOS雖然是電壓型驅動(dòng)，但是由于寄生電容的存在，必須要求驅動(dòng)電路提供一定的驅動(dòng)電流。
較小的驅動(dòng)電流，會(huì )導致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，但是對驅動(dòng)的影響很大，特別在VDS比較高的場(chǎng)合。但是在ZVS和同步整流等應用中，由于VDS會(huì )在驅動(dòng)上來(lái)之前，下降到零，就不存在這個(gè)問(wèn)題。
當IC本身的驅動(dòng)能力不足的時(shí)候，就需要外加驅動(dòng)電路來(lái)增強驅動(dòng)能力，以達到快速開(kāi)關(guān)MOS的需求：
1.采用分立器件，比如圖騰柱。2.采用集成的驅動(dòng)IC.
MOSFET的低端（low side）驅動(dòng)：所謂低端驅動(dòng)，就是驅動(dòng)電路的參考地，就是MOS的S端。
低端驅動(dòng)，電路往往比較簡(jiǎn)單，除了驅動(dòng)能力之外，還是需要注意一些細節。
MOSFET的高端（High Side)驅動(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。
自舉驅動(dòng)，利用自舉電路，自動(dòng)抬升供電電壓。自舉的驅動(dòng)芯片種類(lèi)很多，但是需要注意其耐壓。
對于二極管整流的buck，自舉驅動(dòng)需要注意的問(wèn)題。
利用變壓器隔離驅動(dòng)：對于浮地的MOS，或者和IC隔離的MOS，通?？梢圆捎米儔浩鞲綦x驅動(dòng)。
變壓器隔離驅動(dòng)的關(guān)鍵：變壓器隔離驅動(dòng)關(guān)鍵考慮的問(wèn)題，就是變壓器的復位，比較常用是利用隔直電容來(lái)復位，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。
對于跨初次級的驅動(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)抬升驅動(dòng)電壓。
下圖的驅動(dòng)電路，可以傳遞大占空比的驅動(dòng)信號，而且可以讓驅動(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 )儲存能量，所以在驅動(dòng)消失之后，隔直電容會(huì )和變壓器產(chǎn)生諧振，導致驅動(dòng)電路傳遞錯誤的驅動(dòng)信號。
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。
對具有隔直電容的驅動(dòng)電路，有些IC會(huì )植入soft stop的功能：在關(guān)機時(shí)候，讓驅動(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)電容的變壓器驅動(dòng)電路。
如果用IC直接驅動(dòng)變壓器，那么需要注意：
同步整流驅動(dòng)，需要注意邏輯的問(wèn)題
同步整流2個(gè)管子的驅動(dòng)關(guān)系為互補，但是當主管長(cháng)時(shí)間關(guān)斷的時(shí)候，整流管就會(huì )出現長(cháng)時(shí)間導通的情況。
所以在關(guān)機的時(shí)候，不能簡(jiǎn)單的把主管驅動(dòng)信號置低，而要同時(shí)把整流管的驅動(dòng)信號也置低。
MOS的并聯(lián)驅動(dòng)，并聯(lián)驅動(dòng)要盡量保證每個(gè)管子的驅動(dòng)線(xiàn)對稱(chēng)。
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