富联娱乐-创新平台,注册畅享文化之梦!MOSFET结构与主要参数等详解-全面的MOSFET驱动技术剖析-KIA MOS管

MOSFET结构与主(zhu)要参数(shu)等(deng)详(xiang)解-全面的MOSFET驱(qu)动技术剖析-KIA MOS管(guan)

信息来源：本站　日期：2018-12-19　

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MOSFET简介

MOSFET的(de)全(quan)称为(wei)：metal oxide semiconductor field-effect transistor，中文通(tong)常称之(zhi)为(wei)，金属-氧化层-半导体-场效晶体管.MOSFET最早出(chu)现(xian)在大(da)概上(shang)世纪60年代(dai)，首先出(chu)现(xian)在模拟电(dian)路的(de)应(ying)用。功率MOSFET在上(shang)世纪80年代(dai)开始兴起，在如今电(dian)力电(dian)子(zi)功率器件中，无疑成为(wei)了最重要的(de)主角器件。

MOSFET的简单模型

MOSFET,MOSFET驱动技术

MOSFET结构

下图是典型(xing)平面(mian)(mian)N沟道增强型(xing)NMOSFET的剖面(mian)(mian)图。它用一块(kuai)P型(xing)硅半导体材料作衬底(di)，在其面(mian)(mian)上扩散了两(liang)个(ge)N型(xing)区，再在上面(mian)(mian)覆盖一层二氧化(hua)硅(SiO2）绝(jue)缘层，最后在N区上方用腐蚀的方法做成(cheng)两(liang)个(ge)孔(kong)，用金属(shu)化(hua)的方法分别在绝(jue)缘层上及(ji)两(liang)个(ge)孔(kong)内做成(cheng)三个(ge)电极(ji)(ji)：G(栅极(ji)(ji)）、S（源极(ji)(ji)）及(ji)D（漏(lou)极(ji)(ji)），如(ru)图所示。

下图中可以看出(chu)栅(zha)极(ji)(ji)G与漏(lou)极(ji)(ji)D及源极(ji)(ji)S是绝缘的(de)，D与S之间有两个PN结(jie)。一(yi)般情况下，衬底与源极(ji)(ji)在内部(bu)连接在一(yi)起(qi)，这样，相当于D与S之间有一(yi)个PN结(jie)。

下(xia)图(tu)是常见(jian)的(de)N沟道增(zeng)强(qiang)型MOSFET的(de)基(ji)本结构(gou)图(tu)。为(wei)了(le)改善(shan)某些参数的(de)特性(xing)，如提高(gao)工作电(dian)流、提高(gao)工作电(dian)压、降低导通电(dian)阻、提高(gao)开关特性(xing)等有不同的(de)结构(gou)及工艺，构(gou)成(cheng)所谓VMOS、DMOS、TMOS等结构(gou)。

MOSFET,MOSFET驱动技术

MOSFET的一些主要参数

耐压(ya)：通常所说的VDS，或(huo)者说是击穿电压(ya)。那么一般MOS厂家(jia)是如何来定义(yi)这个参数的呢？

上(shang)面这(zhei)个例子显示(shi)，当驱动(dong)电压(ya)为0，Vds达(da)到200V的时候(hou)，Id这(zhei)个电流(liu)达(da)到了250uA，这(zhei)个时候(hou)认(ren)为已经达(da)到击(ji)穿(chuan)电压(ya)。

不(bu)同的(de)厂家对此定义略有不(bu)同，但是基本上来(lai)说，当电(dian)(dian)压(ya)超过击穿(chuan)电(dian)(dian)压(ya)，MOS的(de)漏(lou)电(dian)(dian)流就会急剧(ju)上升。

导(dao)通电(dian)阻(zu)：MOSFET在导(dao)通之后，其特性可(ke)以(yi)近似认(ren)为是一个电(dian)阻(zu)

上面(mian)这(zhei)个例子表示，在驱(qu)动电(dian)压为(wei)(wei)10V的(de)时候，导通电(dian)阻为(wei)(wei)0.18欧姆(mu)。

导通电阻的(de)(de)温(wen)度关(guan)系：MOS的(de)(de)导通电阻随温(wen)度上升而(er)上升，下(xia)图显(xian)示该(gai)MOS的(de)(de)导通电阻在结(jie)温(wen)为140度的(de)(de)时(shi)候，为20度时(shi)候的(de)(de)2倍(bei)。

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导通阀值(zhi)电(dian)压：就是当驱动电(dian)压到达该值(zhi)之(zhi)后，可认为(wei)MOS已经开(kai)通。

上(shang)面这个例子，可以看(kan)到(dao)当Vgs达到(dao)2-4V的时候，MOS电流就(jiu)上(shang)升到(dao)250uA。这时候可认为(wei)MOS已经开(kai)始开(kai)通。

驱(qu)动电压和(he)导通电阻，最大(da)导通电流之(zhi)间的关系

从下图(tu)可以看到，驱动电(dian)压(ya)越(yue)高，实际上导(dao)通电(dian)阻越(yue)小，而且(qie)最大导(dao)通电(dian)流也越(yue)大。

MOSFET,MOSFET驱动技术

导通阀值电压(ya)随温度上升(sheng)而下(xia)降。

MOSFET的寄生二极管

MOSFET,MOSFET驱动技术

寄(ji)生二极管比较重要的(de)特性，就是反向恢复特性。这个在ZVS，同步整流等应用中显得尤为重要。

MOSFET的寄生电(dian)容(rong)

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这三个电(dian)容的定义(yi)如下：

MOS的(de)寄(ji)生电容都是非线性电容，其容值(zhi)和(he)加在(zai)上面的(de)电压有关。所以一般的(de)MOS厂家还会用(yong)另外一个(ge)参数来描述这个(ge)特性：

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MOS的(de)寄生(sheng)电(dian)容都(dou)是非(fei)线性(xing)(xing)电(dian)容，其容值和加在上面的(de)电(dian)压有关。所(suo)以一(yi)般的(de)MOS厂家还会用(yong)另外一(yi)个参数来(lai)描述这个特性(xing)(xing)：

MOSFET驱动技术

MOSFET驱(qu)(qu)动(dong)技术(shu),MOS虽然是电(dian)压型(xing)驱(qu)(qu)动(dong)，但是由于(yu)寄生电(dian)容的(de)存在(zai)，必须(xu)要求驱(qu)(qu)动(dong)电(dian)路提供一定的(de)驱(qu)(qu)动(dong)电(dian)流(liu)。

较(jiao)小的驱动(dong)电(dian)流，会导致MOS的GS电(dian)压上升缓慢，降低了开(kai)关速度(du)，提高了开(kai)关损耗。

米勒(le)电容(rong)Cgd

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米(mi)勒电容虽然看起来很小，但(dan)是对驱(qu)动(dong)的(de)影响很大，特别在(zai)VDS比较高的(de)场合。但(dan)是在(zai)ZVS和同步整(zheng)流等应用中，由(you)于VDS会在(zai)驱(qu)动(dong)上来之前，下降到零，就(jiu)不存在(zai)这个问题。

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当(dang)IC本身的(de)驱(qu)动能力(li)不足的(de)时候，就(jiu)需要外加驱(qu)动电路来增(zeng)强驱(qu)动能力(li)，以达(da)到(dao)快速(su)开关(guan)MOS的(de)需求：

1.采(cai)用分立(li)器件，比如图(tu)腾柱。2.采(cai)用集成的(de)驱动IC.

MOSFET的低(di)端（low side）驱(qu)动：所谓低(di)端驱(qu)动，就(jiu)是驱(qu)动电路的参(can)考地，就(jiu)是MOS的S端。

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低(di)端驱(qu)动，电(dian)路往(wang)往(wang)比较简单，除了驱(qu)动能(neng)力之外(wai)，还是需要(yao)注意一些细节(jie)。

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MOSFET的高端（High Side)驱(qu)动：很(hen)多情况(kuang)下，MOSFET的S极并不是IC的参(can)考地，比(bi)如BUCK开关管(guan)，桥(qiao)式电路的上管(guan)。

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自(zi)举驱(qu)动(dong)，利(li)用自(zi)举电路，自(zi)动(dong)抬升供电电压。自(zi)举的驱(qu)动(dong)芯片(pian)种类(lei)很多，但是需要注意其耐压。

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对于二极管(guan)整流的buck，自举(ju)驱动需(xu)要注意的问(wen)题。

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利用(yong)(yong)变压器隔(ge)离(li)(li)驱动(dong)：对(dui)于(yu)浮地的MOS，或者和IC隔(ge)离(li)(li)的MOS，通常可(ke)以采(cai)用(yong)(yong)变压器隔(ge)离(li)(li)驱动(dong)。

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变(bian)(bian)压器(qi)隔(ge)离(li)驱(qu)动的(de)(de)关(guan)键：变(bian)(bian)压器(qi)隔(ge)离(li)驱(qu)动关(guan)键考虑(lv)的(de)(de)问(wen)题(ti)，就是变(bian)(bian)压器(qi)的(de)(de)复(fu)位，比(bi)较(jiao)常用是利(li)用隔(ge)直电(dian)容来复(fu)位，但是需要注意的(de)(de)是，采(cai)用隔(ge)直电(dian)容之后，有可能变(bian)(bian)压器(qi)传递的(de)(de)电(dian)压幅度和(he)占空(kong)比(bi)有关(guan)。需要考虑(lv)变(bian)(bian)压器(qi)的(de)(de)变(bian)(bian)比(bi)。

对于(yu)跨初(chu)次级(ji)的(de)驱动(dong)变压器，还需要考虑其耐压的(de)问题。利用简(jian)单(dan)倍压电路来抬升驱动(dong)电压。

下图(tu)的驱(qu)动电路，可以传(chuan)递(di)大(da)占空比的驱(qu)动信号，而(er)且(qie)可以让驱(qu)动电压不下降。

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隔(ge)(ge)直(zhi)电容带来的(de)(de)问题(ti)：由于隔(ge)(ge)直(zhi)电容会储(chu)存能量，所以在驱(qu)动消失之后，隔(ge)(ge)直(zhi)电容会和(he)变压器产生谐振，导致(zhi)驱(qu)动电路传递(di)错误的(de)(de)驱(qu)动信号。

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