詳細解析MOS管柵極最高電壓-KIA MOS管

MOS管柵極最高電壓

MOS管柵極最高電壓：大部分MOS管指定了最大柵源極間電壓(±20V)。如果超過(guò)這個(gè)限制,器件就容易被損壞。

當MOS管工作時(shí)使用柵極輸入電阻,并在一個(gè)具有較大供電電壓的電路中快速關(guān)斷,器件內部的米勒電容就會(huì )耦合一個(gè)電壓尖峰到柵極,引起柵極電壓超限的問(wèn)題。

MOS管柵極最高電壓：以一個(gè)工作于直流線(xiàn)電壓為160V(最大可為186V )電路中的正激變換器為例進(jìn)行分析。當MOS管在最大線(xiàn)電壓下關(guān)斷,它的漏極電壓上升到2倍線(xiàn)電壓即372V。這個(gè)正向電壓前沿的一部分耦合回來(lái),由Crss和Ciss分壓。

對于MTH7N45管,Crss = 150pF ,Ciss= 1800pF。那么耦合回柵極的電壓是372x150÷(150 + 1800) =29V。這個(gè)電壓值超過(guò)了最大柵源極間電壓,會(huì )損壞柵極。

柵極電阻會(huì )減小電壓的幅值,但如果考慮線(xiàn)電壓瞬態(tài)過(guò)程和漏感尖峰,則這個(gè)耦合回柵極的電壓很可能達到損壞器件的臨界點(diǎn)。因此,較好的設計方法是用一個(gè)18V的齊納二極管來(lái)限制柵極電壓。

一些制造商建議鉗位二極管安裝在驅動(dòng)輸入端與柵極串聯(lián)電阻之間，而這個(gè)柵極串聯(lián)電阻值參考值為5 ~ 50Ω。值得注意的是,如果串聯(lián)電阻值選用過(guò)大,漏極到柵極的容性反饋容易引發(fā)高頻振蕩。

MOSFET柵極電壓對電流的影響

圖中顯示的是電子密度的變化。閾值電壓在0.45V左右。

FET通過(guò)影響導電溝道的尺寸和形狀，控制從源到漏的電子流（或者空穴流）。溝道是由（是否）加在柵極和源極的電壓而創(chuàng )造和影響的（為了討論的簡(jiǎn)便，這默認體和源極是相連的）。導電溝道是從源極到漏極的電子流。

耗盡模式

在一個(gè)n溝道"耗盡模式"器件，一個(gè)負的柵源電壓將造成一個(gè)耗盡區去拓展寬度，自邊界侵占溝道，使溝道變窄。

如果耗盡區擴展至完全關(guān)閉溝道，源極和漏極之間溝道的電阻將會(huì )變得很大，FET就會(huì )像開(kāi)關(guān)一樣有效的關(guān)閉（如右圖所示，當柵極電壓很低時(shí)，導電溝道幾乎不存在）。

類(lèi)似的，一個(gè)正的柵源電壓將增大溝道尺寸，而使電子更易流過(guò)（如右圖所示，當柵極電壓足夠高時(shí)，溝道導通）。

增強模式

相反的，在一個(gè)n溝道"增強模式"器件中，一個(gè)正的柵源電壓是制造導電溝道所必需的，因為它不可能在晶體管中自然的存在。正電壓吸引了體中的自由移動(dòng)的電子向柵極運動(dòng)，形成了導電溝道。

但是首先，充足的電子需要被吸引到柵極的附近區域去對抗加在FET中的摻雜離子；這形成了一個(gè)沒(méi)有運動(dòng)載流子的被稱(chēng)為耗盡區的區域，這種現象被稱(chēng)為FET的閾值電壓。更高的柵源電壓將會(huì )吸引更多的電子通過(guò)柵極，則會(huì )制造一個(gè)從源極到漏極的導電溝道；這個(gè)過(guò)程叫做"反型"。

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