MOS管選型基礎與參數要點(diǎn)-MOS管選型注意事項-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-03-08
MOS管的基礎選型
MOS管有兩大類(lèi)型：N 溝道和 P 溝道。在功率系統中，MOS管可被看成電氣開(kāi)關(guān)。當在 N 溝道MOS管的柵極和源極間加上正電壓時(shí)，其開(kāi)關(guān)導通。導通時(shí)，電流可經(jīng)開(kāi)關(guān)從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個(gè)內阻，稱(chēng)為導通電阻 RDS(ON)。必須清楚MOS管的柵極是個(gè)高阻抗端，因此，總是要在柵極加上一個(gè)電壓。如果柵極為懸空，器件將不能按設計意圖工作，并可能在不恰當的時(shí)刻導通或關(guān)閉，導致系統產(chǎn)生潛在的功率損耗。當源極和柵極間的電壓為零時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉，而電流停止通過(guò)器件。雖然這時(shí)器件已經(jīng)關(guān)閉，但仍然有微小電流存在，這稱(chēng)之為漏電流，即 IDSS。
作為電氣系統中的基本部件，工程師如何根據參數做出正確選擇呢？本文將討論如何通過(guò)四步來(lái)選擇正確的MOS管。
為設計選擇正確器件的第一步是決定采用 N 溝道還是 P 溝道MOS管。在典型的功率應用中，當一個(gè)MOS管接地，而負載連接到干線(xiàn)電壓上時(shí)，該MOS管就構成了低壓側開(kāi)關(guān)。在低壓側開(kāi)關(guān)中，應采用 N 溝道MOS管，這是出于對關(guān)閉或導通器件所需電壓的考慮。當MOS管連接到總線(xiàn)及負載接地時(shí)，就要用高壓側開(kāi)關(guān)。通常會(huì )在這個(gè)拓撲中采用 P 溝道MOS管，這也是出于對電壓驅動(dòng)的考慮。
額定電壓越大，器件的成本就越高。根據實(shí)踐經(jīng)驗，額定電壓應當大于干線(xiàn)電壓或總線(xiàn)電壓。這樣才能提供足夠的保護，使MOS管不會(huì )失效。就選擇MOS管而言，必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓，即最大 VDS。設計工程師需要考慮的其他安全因素包括由開(kāi)關(guān)電子設備(如電機或變壓器)誘發(fā)的電壓瞬變。不同應用的額定電壓也有所不同；通常，便攜式設備為 20V、FPGA 電源為20～30V、85～220VAC 應用為 450～600V。
在連續導通模式下，MOS管處于穩態(tài)，此時(shí)電流連續通過(guò)器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過(guò)器件。一旦確定了這些條件下的最大電流，只需直接選擇能承受這個(gè)最大電流的器件便可。
MOS管器件的功率耗損可由 Iload2×RDS(ON)計算，由于導通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會(huì )隨之按比例變化。對便攜式設計來(lái)說(shuō)，采用較低的電壓比較容易(較為普遍)，而對于工業(yè)設計，可采用較高的電壓。注意 RDS(ON)電阻會(huì )隨著(zhù)電流輕微上升。關(guān)于 RDS(ON)電阻的各種電氣參數變化可在制造商提供的技術(shù)資料表中查到。
需要提醒設計人員，一般來(lái)說(shuō) MOS 管規格書(shū)標注的 Id 電流是 MOS 管芯片的最大常態(tài)電流，實(shí)際使用時(shí)的最大常態(tài)電流還要受封裝的最大電流限制。因此客戶(hù)設計產(chǎn)品時(shí)的最大使用電流設定要考慮封裝的最大電流限制。
建議客戶(hù)設計產(chǎn)品時(shí)的最大使用電流設定更重要的是要考慮 MOS 管的內阻參數。
設計人員必須考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實(shí)情況。建議采用針對最壞情況的計算結果，因為這個(gè)結果提供更大的安全余量，能確保系統不會(huì )失效。在MOS管的資料表上還有一些需要注意的測量數據；比如封裝器件的半導體結與環(huán)境之間的熱阻，以及最大的結溫。
開(kāi)關(guān)損耗其實(shí)也是一個(gè)很重要的指標。從下圖可以看到，導通瞬間的電壓電流乘積相當大。
一定程度上決定了器件的開(kāi)關(guān)性能。不過(guò)，如果系統對開(kāi)關(guān)性能要求比較高，可以選擇柵極電荷 QG 比較小的功率MOSFET。
飽和漏極電流IDSS它可定義為：當柵、源極之間的電壓等于零，而漏、源極之間的電壓大于夾斷電壓時(shí)，對應的漏極電流。
夾斷電壓UP它可定義為：當UDS一定時(shí)，使ID減小到一個(gè)微小的電流時(shí)所需的UGS。
開(kāi)啟電壓UT它可定義為：當UDS一定時(shí)，使ID到達某一個(gè)數值時(shí)所需的UGS。
交流參數可分為輸出電阻和低頻互導2個(gè)參數，輸出電阻一般在幾十千歐到幾百千歐之間，而低頻互導一般在十分之幾至幾毫西的范圍內，特殊的可達100mS，甚至更高。
低頻跨導gm它是描述柵、源電壓對漏極電流的控制作用。
極間電容MSO管三個(gè)電極之間的電容，它的值越小表示管子的性能越好。
①最大漏極電流是指管子正常工作時(shí)漏極電流允許的上限值，
②最大耗散功率是指在管子中的功率，受到管子最高工作溫度的限制，
③最大漏源電壓是指發(fā)生在雪崩擊穿、漏極電流開(kāi)始急劇上升時(shí)的電壓，
④最大柵源電壓是指柵源間反向電流開(kāi)始急劇增加時(shí)的電壓值。
除以上參數外，還有極間電容、高頻參數等其他參數。
漏、源擊穿電壓當漏極電流急劇上升時(shí)，產(chǎn)生雪崩擊穿時(shí)的UDS。
柵極擊穿電壓結型MOS管正常工作時(shí)，柵、源極之間的PN結處于反向偏置狀態(tài)，若電流過(guò)高，則產(chǎn)生擊穿現象。
1、IDSS—飽和漏源電流。是指結型或耗盡型絕緣柵MOS管中，柵極電壓UGS=0時(shí)的漏源電流。
2、UP—夾斷電壓。是指結型或耗盡型絕緣柵MOS管中，使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓。
3、UT—開(kāi)啟電壓。是指增強型絕緣柵場(chǎng)效管中，使漏源間剛導通時(shí)的柵極電壓。
4、gM—跨導。是表示柵源電壓UGS—對漏極電流ID的控制能力，即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM是衡量MOS管放大能力的重要參數。
5、BUDS—漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時(shí)，MOS管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限參數，加在MOS管上的工作電壓必須小于BUDS。
6、PDSM—最大耗散功率。也是一項極限參數，是指MOS管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。使用時(shí)，MOS管實(shí)際功耗應小于PDSM并留有一定余量。7、IDSM—最大漏源電流。是一項極限參數，是指MOS管正常工作時(shí)，漏源間所允許通過(guò)的最大電流。MOS管的工作電流不應超過(guò)IDSM。
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