利盈娱乐(中国)创新平台有限公司

MOS管的基础选型

MOS管有(you)两大类型：N 沟道和 P 沟道。在(zai)功(gong)率系统中，MOS管可被(bei)看成电(dian)气开关(guan)(guan)。当在(zai) N 沟道MOS管的(de)栅(zha)(zha)极(ji)(ji)和源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)间加(jia)上(shang)正电(dian)压时(shi)(shi)(shi)(shi)，其开关(guan)(guan)导(dao)通(tong)(tong)。导(dao)通(tong)(tong)时(shi)(shi)(shi)(shi)，电(dian)流可经开关(guan)(guan)从漏极(ji)(ji)流向源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)。漏极(ji)(ji)和源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)之间存在(zai)一个内(nei)阻，称为(wei)(wei)导(dao)通(tong)(tong)电(dian)阻 RDS(ON)。必须清(qing)楚MOS管的(de)栅(zha)(zha)极(ji)(ji)是个高阻抗(kang)端，因此(ci)，总是要在(zai)栅(zha)(zha)极(ji)(ji)加(jia)上(shang)一个电(dian)压。如(ru)果栅(zha)(zha)极(ji)(ji)为(wei)(wei)悬空(kong)，器件将不(bu)能按(an)设(she)计意图(tu)工作，并(bing)可能在(zai)不(bu)恰当的(de)时(shi)(shi)(shi)(shi)刻导(dao)通(tong)(tong)或关(guan)(guan)闭，导(dao)致系统产生潜在(zai)的(de)功(gong)率损耗。当源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)和栅(zha)(zha)极(ji)(ji)间的(de)电(dian)压为(wei)(wei)零时(shi)(shi)(shi)(shi)，开关(guan)(guan)关(guan)(guan)闭，而电(dian)流停止通(tong)(tong)过器件。虽然这时(shi)(shi)(shi)(shi)器件已经关(guan)(guan)闭，但(dan)仍然有(you)微小电(dian)流存在(zai)，这称之为(wei)(wei)漏电(dian)流，即(ji) IDSS。

作为电(dian)气系(xi)统中的基本部(bu)件，工程师如何根据参数(shu)做出正(zheng)确选择呢(ni)？本文将讨论如何通过四步来选择正(zheng)确的MOS管。

1）沟道的选择

为设计选择正确器(qi)件(jian)的第一步是决定(ding)采(cai)用(yong) N 沟(gou)(gou)道还是 P 沟(gou)(gou)道MOS管(guan)(guan)。在(zai)典(dian)型(xing)的功率应用(yong)中，当一个MOS管(guan)(guan)接地，而负(fu)载连接到(dao)干线电(dian)(dian)压(ya)上时(shi)，该MOS管(guan)(guan)就(jiu)构(gou)成了低压(ya)侧(ce)(ce)开(kai)关。在(zai)低压(ya)侧(ce)(ce)开(kai)关中，应采(cai)用(yong) N 沟(gou)(gou)道MOS管(guan)(guan)，这是出(chu)于对关闭(bi)或导通器(qi)件(jian)所需电(dian)(dian)压(ya)的考虑(lv)。当MOS管(guan)(guan)连接到(dao)总线及负(fu)载接地时(shi)，就(jiu)要用(yong)高压(ya)侧(ce)(ce)开(kai)关。通常会在(zai)这个拓(tuo)扑中采(cai)用(yong) P 沟(gou)(gou)道MOS管(guan)(guan)，这也是出(chu)于对电(dian)(dian)压(ya)驱动的考虑(lv)。

2）电压和电流的选择

额(e)定(ding)电(dian)(dian)(dian)压(ya)越大，器(qi)件(jian)的(de)成本就(jiu)越高。根(gen)据实践经验，额(e)定(ding)电(dian)(dian)(dian)压(ya)应当大于干线电(dian)(dian)(dian)压(ya)或总线电(dian)(dian)(dian)压(ya)。这样(yang)才能提(ti)供足够(gou)的(de)保护，使(shi)MOS管不(bu)(bu)会失效(xiao)。就(jiu)选择(ze)MOS管而(er)言，必须(xu)确定(ding)漏极至源极间可能承受的(de)最大电(dian)(dian)(dian)压(ya)，即(ji)最大 VDS。设计工程(cheng)师(shi)需要考虑(lv)的(de)其(qi)他(ta)安(an)全因(yin)素包括由(you)开关电(dian)(dian)(dian)子设备(如电(dian)(dian)(dian)机或变压(ya)器(qi))诱发的(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)瞬(shun)变。不(bu)(bu)同应用的(de)额(e)定(ding)电(dian)(dian)(dian)压(ya)也有(you)所(suo)不(bu)(bu)同；通常，便携式设备为 20V、FPGA 电(dian)(dian)(dian)源为20～30V、85～220VAC 应用为 450～600V。

在连续(xu)导通(tong)模(mo)式(shi)下，MOS管处(chu)于(yu)稳态，此时电(dian)流连续(xu)通(tong)过器(qi)(qi)件。脉冲(chong)尖峰(feng)是指(zhi)有(you)大量电(dian)涌(或尖峰(feng)电(dian)流)流过器(qi)(qi)件。一(yi)旦(dan)确定了这些(xie)条(tiao)件下的最大电(dian)流，只需直接选择能承受这个(ge)最大电(dian)流的器(qi)(qi)件便可。

3）计算导通损耗

MOS管(guan)器件(jian)的(de)功率耗损(sun)可(ke)(ke)(ke)由 Iload2×RDS(ON)计算，由于(yu)导通(tong)电(dian)(dian)阻随(sui)(sui)温度变化(hua)，因此功率耗损(sun)也(ye)会随(sui)(sui)之按比例(li)变化(hua)。对便携式设计来说，采用较低的(de)电(dian)(dian)压比较容易(较为(wei)普遍)，而(er)对于(yu)工(gong)业设计，可(ke)(ke)(ke)采用较高的(de)电(dian)(dian)压。注意 RDS(ON)电(dian)(dian)阻会随(sui)(sui)着(zhe)电(dian)(dian)流轻微上升。关(guan)于(yu) RDS(ON)电(dian)(dian)阻的(de)各(ge)种电(dian)(dian)气参数变化(hua)可(ke)(ke)(ke)在(zai)制造商提(ti)供的(de)技术(shu)资料表(biao)中查到。

需要(yao)提醒设计(ji)人(ren)员，一般来说 MOS 管(guan)规格(ge)书标注的 Id 电(dian)流(liu)是 MOS 管(guan)芯片的最(zui)大常态(tai)电(dian)流(liu)，实际使用(yong)时(shi)的最(zui)大常态(tai)电(dian)流(liu)还要(yao)受封装(zhuang)(zhuang)的最(zui)大电(dian)流(liu)限(xian)制(zhi)。因此(ci)客户设计(ji)产(chan)品时(shi)的最(zui)大使用(yong)电(dian)流(liu)设定(ding)要(yao)考虑封装(zhuang)(zhuang)的最(zui)大电(dian)流(liu)限(xian)制(zhi)。

建议客户设计产品时的(de)最大使用(yong)电流设定(ding)更重要的(de)是要考虑 MOS 管(guan)的(de)内阻参数。

4）计算系统的散热要求

设计(ji)人员(yuan)必(bi)须(xu)考虑两种不同(tong)的(de)(de)情(qing)(qing)况(kuang)(kuang)(kuang)，即最坏情(qing)(qing)况(kuang)(kuang)(kuang)和真实情(qing)(qing)况(kuang)(kuang)(kuang)。建议采用针对最坏情(qing)(qing)况(kuang)(kuang)(kuang)的(de)(de)计(ji)算结(jie)果，因为这个结(jie)果提供更大(da)的(de)(de)安全余量，能确保系统(tong)不会失效(xiao)。在MOS管的(de)(de)资料表上还有一些需要注意(yi)的(de)(de)测量数(shu)据；比(bi)如封(feng)装器件的(de)(de)半导体结(jie)与环(huan)境之间的(de)(de)热阻(zu)，以及最大(da)的(de)(de)结(jie)温。

开(kai)关损耗其实也是一个很(hen)重(zhong)要(yao)的指标。从下图可(ke)以看到，导通瞬(shun)间的电压电流乘积(ji)相当大。

一(yi)定(ding)(ding)程度上决定(ding)(ding)了器(qi)件的(de)开关性能(neng)。不过，如果(guo)系(xi)统对开关性能(neng)要求(qiu)比(bi)较(jiao)高，可(ke)以选(xuan)择栅极电荷(he) QG 比(bi)较(jiao)小(xiao)的(de)功率MOSFET。

MOS管参数

（1）MOS管主要参数

饱和漏(lou)(lou)极电(dian)流IDSS它可定义为：当栅、源(yuan)极之间(jian)(jian)的电(dian)压等于零，而(er)漏(lou)(lou)、源(yuan)极之间(jian)(jian)的电(dian)压大于夹断电(dian)压时，对应的漏(lou)(lou)极电(dian)流。

夹断电压UP它可定(ding)义(yi)为：当UDS一定(ding)时，使ID减(jian)小到一个微小的电流(liu)时所需的UGS。

开启电(dian)压UT它可定义为：当UDS一定时(shi)，使ID到达某一个数值时(shi)所(suo)需的UGS。

（2）MOS管交流参数

交流参(can)数(shu)可分为输(shu)出(chu)电阻和低频互导(dao)2个参(can)数(shu)，输(shu)出(chu)电阻一般在(zai)几(ji)十(shi)千欧到几(ji)百千欧之(zhi)间，而低频互导(dao)一般在(zai)十(shi)分之(zhi)几(ji)至几(ji)毫(hao)西的范围(wei)内，特(te)殊(shu)的可达100mS，甚至更高(gao)。

低(di)频跨导gm它是描(miao)述栅、源电压(ya)对(dui)漏极电流的控制作用。

极间(jian)电(dian)容(rong)MSO管(guan)三(san)个电(dian)极之间(jian)的(de)电(dian)容(rong)，它的(de)值越小表示管(guan)子的(de)性(xing)能越好(hao)。

（3）MOS管极限参数

①最(zui)大(da)漏(lou)极(ji)(ji)电流是(shi)指管子正常(chang)工(gong)作时漏(lou)极(ji)(ji)电流允许(xu)的上限值，

②最大耗散功率(lv)是(shi)指在管子(zi)中的功率(lv)，受到管子(zi)最高工作温度的限(xian)制，

③最大漏源电(dian)压是指发生在雪崩击穿、漏极(ji)电(dian)流开始急剧上(shang)升时的电(dian)压，

④最大栅(zha)源(yuan)电压(ya)是指栅(zha)源(yuan)间(jian)反向(xiang)电流开始急剧增加时的电压(ya)值。

除(chu)以上参(can)数外(wai)，还(hai)有极间电容、高频参(can)数等其他(ta)参(can)数。

漏、源击穿(chuan)电压当漏极电流急剧(ju)上(shang)升时(shi)，产生(sheng)雪(xue)崩击穿(chuan)时(shi)的UDS。

栅极击穿(chuan)电压结型(xing)MOS管正常工作时，栅、源极之(zhi)间(jian)的PN结处于反向偏置状态，若电流过高，则(ze)产生击穿(chuan)现(xian)象。

（4）使用时主要关注的MOS管参数

1、IDSS—饱和(he)漏源电(dian)流。是指结型(xing)或耗尽型(xing)绝缘(yuan)栅MOS管中(zhong)，栅极电(dian)压UGS=0时(shi)的(de)漏源电(dian)流。

2、UP—夹(jia)断(duan)电压(ya)。是指结(jie)型或耗尽型绝缘栅MOS管中，使(shi)漏源间刚截(jie)止时的栅极电压(ya)。

3、UT—开启(qi)电压。是(shi)指(zhi)增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。

4、gM—跨(kua)导。是(shi)表示栅源电(dian)压UGS—对漏极电(dian)流ID的(de)(de)控制能力(li)，即漏极电(dian)流ID变(bian)化量(liang)与栅源电(dian)压UGS变(bian)化量(liang)的(de)(de)比(bi)值。gM是(shi)衡量(liang)MOS管放(fang)大(da)能力(li)的(de)(de)重要参数。

5、BUDS—漏(lou)源击穿(chuan)电压。是指(zhi)栅(zha)源电压UGS一定时，MOS管正(zheng)常工(gong)作所能承受的最大漏(lou)源电压。这是一项(xiang)极限参数，加在MOS管上的工(gong)作电压必(bi)须小于(yu)BUDS。

6、PDSM—最(zui)(zui)大(da)耗散(san)功率。也是一项极限参(can)数(shu)，是指(zhi)MOS管(guan)(guan)性能不变(bian)坏时所允(yun)许的最(zui)(zui)大(da)漏(lou)源(yuan)耗散(san)功率。使用(yong)时，MOS管(guan)(guan)实际功耗应(ying)(ying)小于PDSM并留有一定余量(liang)。7、IDSM—最(zui)(zui)大(da)漏(lou)源(yuan)电流。是一项极限参(can)数(shu)，是指(zhi)MOS管(guan)(guan)正常(chang)工作(zuo)时，漏(lou)源(yuan)间(jian)所允(yun)许通过的最(zui)(zui)大(da)电流。MOS管(guan)(guan)的工作(zuo)电流不应(ying)(ying)超(chao)过IDSM。

联系(xi)方式：邹先生

联系(xi)电话：0755-83888366-8022

手(shou)机：18123972950

QQ：2880195519

联系地址：深圳市福田区车公(gong)庙天安数(shu)码(ma)城(cheng)天吉大厦CD座5C1

请搜微(wei)信公(gong)众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官(guan)方微(wei)信公(gong)众号

请(qing)“关注”官方(fang)微信(xin)公众号(hao):提供 MOS管 技术帮助