【MOS管選型】MOSFET應用方案分析-KIA MOS管

MOSFET應用案例解析

1、開(kāi)關(guān)電源應用

從定義上而言，這種應用需要MOSFET定期導通和關(guān)斷。同時(shí)，有數十種拓撲可用于開(kāi)關(guān)電源，這里考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。

DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器依靠?jì)蓚€(gè)MOSFET來(lái)執行開(kāi)關(guān)功能（下圖），這些開(kāi)關(guān)交替在電感里存儲能量，然后把能量開(kāi)釋給負載。

目前，設計人員經(jīng)常選擇數百kHz乃至1MHz以上的頻率，由于頻率越高，磁性元件可以更小更輕。開(kāi)關(guān)電源中第二重要的MOSFET參數包括輸出電容、閾值電壓、柵極阻抗和雪崩能量。

MOSFET 應用

2、電機控制應用

電機控制應用是功率MOSFET大有用武之地的另一個(gè)應用領(lǐng)域。典型的半橋式控制電路采用2個(gè)MOSFET（全橋式則采用4個(gè)），但這兩個(gè)MOSFET的關(guān)斷時(shí)間（死區時(shí)間）相等。對于這類(lèi)應用，反向恢復時(shí)間（trr）非常重要。

在控制電感式負載（比如電機繞組）時(shí)，控制電路把橋式電路中的MOSFET切換到關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)橋式電路中的另一個(gè)開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)MOSFET中的體二極管臨時(shí)反向傳導電流。

于是，電流重新循環(huán)，繼續為電機供電。當第一個(gè)MOSFET再次導通時(shí)，另一個(gè)MOSFET二極管中存儲的電荷必須被移除，通過(guò)第一個(gè)MOSFET放電，而這是一種能量的損耗，故trr越短，這種損耗越小。

3、汽車(chē)應用

過(guò)去的近20年里，汽車(chē)用功率MOSFET已經(jīng)得到了長(cháng)足發(fā)展。選用功率MOSFET是因為其能夠耐受汽車(chē)電子系統中常遇到的掉載和系統能量突變等引起的瞬態(tài)高壓現象，且其封裝簡(jiǎn)單，主要采用TO220和TO247封裝。

同時(shí)，電動(dòng)車(chē)窗、燃油噴射、間歇式雨刷和巡航控制等應用已逐漸成為大多數汽車(chē)的標配，在設計中需要類(lèi)似的功率器件。在這期間，隨著(zhù)電機、螺線(xiàn)管和燃油噴射器日益普及，車(chē)用功率MOSFET也不斷發(fā)展壯大。

汽車(chē)設備中所用的MOSFET器件涉及廣泛的電壓、電流和導通電阻范圍。電機控制設備橋接配置會(huì )使用30V和40V擊穿電壓型號；而在必須控制負載突卸和突升啟動(dòng)情況的場(chǎng)合，會(huì )使用60V裝置驅動(dòng)負載；

當行業(yè)標準轉移至42V電池系統時(shí)，則需采用75V技術(shù)。高輔助電壓的設備需要使用100V至150V型款；至于400V以上的MOSFET器件則應用于發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)器機組和高亮度放電（HID）前燈的控制電路。

汽車(chē)MOSFET驅動(dòng)電流的范圍由2A至100A以上，導通電阻的范圍為2mΩ至100mΩ。MOSFET的負載包括電機、閥門(mén)、燈、加熱部件、電容性壓電組件和DC/DC電源。

開(kāi)關(guān)頻率的范圍通常為10kHz至100kHz，必須注意的是，電機控制不適用開(kāi)關(guān)頻率在20kHz以上。其它的主要需求是UIS性能，結點(diǎn)溫度極限下（-40度至175度，有時(shí)高達200度）的工作狀況，以及超越汽車(chē)使用壽命的高可靠性。

4、LED燈具的驅動(dòng)

設計LED燈具的時(shí)候經(jīng)常要使用MOS管，對LED恒流驅動(dòng)而言，一般使用NMOS.功率MOSFET和雙極型晶體管不同，它的柵極電容比較大，在導通之前要先對該電容充電，當電容電壓超過(guò)閾值電壓（VGS-TH）時(shí)MOSFET才開(kāi)始導通。

因此，設計時(shí)必須注意柵極驅動(dòng)器負載能力必須足夠大，以保證在系統要求的時(shí)間內完成對等效柵極電容（CEI）的充電。

而MOSFET的開(kāi)關(guān)速度和其輸入電容的充放電有很大關(guān)系。使用者雖然無(wú)法降低Cin的值，但可以降低柵極驅動(dòng)回路信號源內阻Rs的值，從而減小柵極回路的充放電時(shí)間常數，加快開(kāi)關(guān)速度一般IC驅動(dòng)能力主要體現在這里，我們談選擇MOSFET是指外置MOSFET驅動(dòng)恒流IC。

內置MOSFET的IC當然不用我們再考慮了，一般大于1A電流會(huì )考慮外置MOSFET。為了獲得到更大、更靈活的LED功率能力，外置MOSFET是唯一的選擇方式，IC需要合適的驅動(dòng)能力，MOSFET輸入電容是關(guān)鍵的參數。下圖Cgd和Cgs是MOSFET等效結電容。

MOSFET 應用

一般IC的PWM OUT輸出內部集成了限流電阻，具體數值大小同IC的峰值驅動(dòng)輸出能力有關(guān)，可以近似認為R=Vcc/Ipeak.一般結合IC驅動(dòng)能力Rg選擇在10-20Ω左右。

一般的應用中IC的驅動(dòng)可以直接驅動(dòng)MOSFET,但是考慮到通常驅動(dòng)走線(xiàn)不是直線(xiàn)，感量可能會(huì )更大，并且為了防止外部干擾，還是要使用Rg驅動(dòng)電阻進(jìn)行抑制。考慮到走線(xiàn)分布電容的影響，這個(gè)電阻要盡量靠近MOSFET的柵極。

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