功率MOSFET-功率MOSFET全方位分析詳解-MOS管技術(shù)知識-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-12-25
功率MOS場(chǎng)效應晶體管，即MOSFET，其原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體），FET（Field Effect Transistor場(chǎng)效應晶體管），即以金屬層（M）的柵極隔著(zhù)氧化層（O）利用電場(chǎng)的效應來(lái)控制半導體（S）的場(chǎng)效應晶體管。
(1)等效電路
(2)說(shuō)明：
功率 MOSFET 正向導通時(shí)可用一電阻等效，該電阻與溫度有關(guān)，溫度升高，該電阻變大;它還與門(mén)極驅動(dòng)電壓的大小有關(guān)，驅動(dòng)電壓升高，該電阻變小。詳細的關(guān)系曲線(xiàn)可從制造商的手冊中獲得。
(1)等效電路(門(mén)極不加控制)
(2)說(shuō)明：
即內部二極管的等效電路，可用一電壓降等效，此二極管為MOSFET 的體二極管，多數情況下，因其特性很差，要避免使用。
(1)等效電路(門(mén)極加控制)
(2)說(shuō)明：
功率 MOSFET 在門(mén)級控制下的反向導通，也可用一電阻等效，該電阻與溫度有關(guān)，溫度升高，該電阻變大;它還與門(mén)極驅動(dòng)電壓的大小有關(guān)，驅動(dòng)電壓升高，該電阻變小。詳細的關(guān)系曲線(xiàn)可從制造商的手冊中獲得。此工作狀態(tài)稱(chēng)為MOSFET 的同步整流工作，是低壓大電流輸出開(kāi)關(guān)電源中非常重要的一種工作狀態(tài)。
(1)等效電路
(2)說(shuō)明：
功率 MOSFET 正向截止時(shí)可用一電容等效，其容量與所加的正向電壓、環(huán)境溫度等有關(guān)，大小可從制造商的手冊中獲得。
(1)功率MOSFET 穩態(tài)時(shí)的電流/電壓曲線(xiàn)
(2)說(shuō)明：
功率 MOSFET 正向飽和導通時(shí)的穩態(tài)工作點(diǎn)：
當門(mén)極不加控制時(shí)，其反向導通的穩態(tài)工作點(diǎn)同二極管。
(3)穩態(tài)特性總結：
1、門(mén)極與源極間的電壓Vgs 控制器件的導通狀態(tài);當VgsVth時(shí)，器件處于導通狀態(tài);器件的通態(tài)電阻與Vgs有關(guān)，Vgs大，通態(tài)電阻小;多數器件的Vgs為 12V-15V ，額定值為+-30V;
2、器件的漏極電流額定是用它的有效值或平均值來(lái)標稱(chēng)的;只要實(shí)際的漏極電流有效值沒(méi)有超過(guò)其額定值，保證散熱沒(méi)問(wèn)題，則器件就是安全的;
3、器件的通態(tài)電阻呈正溫度系數，故原理上很容易并聯(lián)擴容，但實(shí)際并聯(lián)時(shí)，還要考慮驅動(dòng)的對稱(chēng)性和動(dòng)態(tài)均流問(wèn)題;
4、目前的 Logic-Level的功率 MOSFET，其Vgs只要 5V，便可保證漏源通態(tài)電阻很小;
5、器件的同步整流工作狀態(tài)已變得愈來(lái)愈廣泛，原因是它的通態(tài)電阻非常小(目前最小的為2-4 毫歐)，在低壓大電流輸出的DC/DC 中已是最關(guān)鍵的器件;
(1)等效電路
(2)說(shuō)明：
實(shí)際的功率MOSFET 可用三個(gè)結電容，三個(gè)溝道電阻，和一個(gè)內部二極管及一個(gè)理想MOSFET 來(lái)等效。三個(gè)結電容均與結電壓的大小有關(guān)，而門(mén)極的溝道電阻一般很小，漏極和源極的兩個(gè)溝道電阻之和即為MOSFET 飽和時(shí)的通態(tài)電阻。
(1)開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程實(shí)驗電路
(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[t0 ~ t4]：
1、在 t0 前，MOSFET 工作于截止狀態(tài)，t0 時(shí)，MOSFET 被驅動(dòng)開(kāi)通;
2、[t0-t1]區間，MOSFET 的GS 電壓經(jīng)Vgg 對Cgs充電而上升，在t1時(shí)刻，到達維持電壓Vth，MOSFET 開(kāi)始導電;
3、[t1-t2]區間，MOSFET 的DS 電流增加，Millier 電容在該區間內因DS 電容的放電而放電，對GS 電容的充電影響不大;
4、[t2-t3]區間，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，外部驅動(dòng)電壓對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電容上的電壓繼續減小;
5、[t3-t4]區間，至t3 時(shí)刻，MOSFET 的DS 電壓降至飽和導通時(shí)的電壓，Millier 電容變小并和GS 電容一起由外部驅動(dòng)電壓充電，GS 電容的電壓上升，至t4 時(shí)刻為止。此時(shí)GS 電容電壓已達穩態(tài)，DS 電壓也達最小，即穩定的通態(tài)壓降。
關(guān)斷過(guò)程[ t5 ~t9 ]：
1、在 t5 前，MOSFET 工作于導通狀態(tài)， t5 時(shí)，MOSFET 被驅動(dòng)關(guān)斷;
2、[t5-t6]區間，MOSFET 的Cgs 電壓經(jīng)驅動(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;
3、[t6-t7]區間，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 電壓繼續增加;
4、[t7-t8]區間，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)始繼續放電，此時(shí)DS 電容上的電壓迅速上升，DS 電流則迅速下降;
5、[t8-t9]區間，至t8 時(shí)刻，GS 電容已放電至Vth，MOSFET 完全關(guān)斷;該區間內GS 電容繼續放電直至零。
(1)實(shí)驗電路
(2)因二極管反向恢復引起的MOSFET開(kāi)關(guān)波形：
(1)導通損耗：
該公式對控制整流和同步整流均適用
該公式在體二極管導通時(shí)適用
(2)容性開(kāi)通和感性關(guān)斷損耗：
為MOSFET 器件與二極管回路中的所有分布電感只和。一般也可將這個(gè)損耗看成器件的感性關(guān)斷損耗。
(3)開(kāi)關(guān)損耗：
開(kāi)通損耗：
考慮二極管反向恢復后：
(1)選擇原則
(A)根據電源規格，合理選擇MOSFET 器件(見(jiàn)下表)：
(B)選擇時(shí)，如工作電流較大，則在相同的器件額定參數下，
應盡可能選擇正向導通電阻小的 MOSFET;
應盡可能選擇結電容小的 MOSFET。
(2)選擇步驟
(A)根據電源規格，計算所選變換器中MOSFET 的穩態(tài)參數：
正向阻斷電壓最大值;
最大的正向電流有效值;
(B)從器件商的DATASHEET 中選擇合適的MOSFET，可多選一些以便實(shí)驗時(shí)比較;
(C)從所選的MOSFET 的其它參數，如正向通態(tài)電阻，結電容等等，估算其工作時(shí)的最大損耗，與其它元器件的損耗一起，估算變換器的效率;
(D)由實(shí)驗選擇最終的MOSFET器件。
(1)按制作材料分類(lèi)：
1、(Si)功率器件;
2、(Ga)功率器件;
3、(GaAs)功率器件;
4、(SiC)功率器件;
5、(GaN)功率器件;
6、(Diamond)功率器件;
(2)按是否可控分類(lèi)：
1、完全不控器件：如二極管器件;
2、可控制開(kāi)通，但不能控制關(guān)斷：如普通可控硅器件;
3、全控開(kāi)關(guān)器件
4、電壓型控制器件：如MOSFET，IGBT，IGT/COMFET ，SIT 等;
5、電流型控制期間：如GTR，GTO 等
(3)按工作頻率分類(lèi)：
1、低頻功率器件：如可控硅，普通二極管等;
2、中頻功率器件：如GTR，IGBT，IGT/COMFET;
3、高頻功率器件：如MOSFET，快恢復二極管，蕭特基二極管，SIT等
(4)按額定可實(shí)現的最大容量分類(lèi)：
1、小功率器件：如MOSFET
2、中功率器件：如IGBT
3、大功率器件：如GTO
(5)：按導電載波的粒子分類(lèi)：
1、多子器件：如MOSFET，蕭特基，SIT,JFET 等
2、少子器件：如IGBT，GTR，GTO，快恢復，等
聯(lián)系方式：鄒先生
聯(lián)系電話(huà)：0755-83888366-8022
手機：18123972950
QQ：2880195519
聯(lián)系地址：深圳市福田區車(chē)公廟天安數碼城天吉大廈CD座5C1
請搜微信公眾號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關(guān)注”官方微信公眾號
請“關(guān)注”官方微信公眾號:提供 MOS管 技術(shù)幫助
