MOS管開關MOSFET和BJT的工作區域的命名有所不同。BJT中的截止，放大和飽和區相對于MOSFET為截止，飽和，變阻區。MOSFET有個參數Vt——啟電壓。當Vgs<Vt時，MOSFET處于截止狀態，即截止區。當Vgs>Vt且Vds>Vgs-Vt時，為飽和區。當Vgs>Vt且Vds<Vgs-Vt時，MOSFET處在變阻區。如果忽略溝道的長度調制效應，MOSFET的飽和區就是相當于受控恒流源。通常用其作為放大區域使用（類比BJT的放大去）。MOSFET的變阻區相當于一個受Vgs控制的變阻器，當Vgs增大時溝道電阻變小。通常功率MOSFET的Rds可以降到非常之小，以便流過較大的電流。利用MOSFET截止區和變阻區的特性，就可以將MOSFET應用于邏輯或功率開關?，F在常用的MOS管大多是N溝道增強型的了，一般一塊錢左右的管子，源極電流可以達到近十安培而導通電阻僅在幾毫歐。另外現在的MOS管已經不像早期那樣脆弱，因為SD上并聯有可以承受幾安培電流的反向保護二極管。MOS管有幾個重要的參數，Vgs,Vds,ld/ls以及Ron,其中對于Vgs也就是柵極控制電壓有一些特殊的要求與用法，它就像三極管的Ibe，之所以稱為Vgs就是因為這個電壓必須相對于S級而言，也就是G極必須比S極高出一定的電壓才能驅動MOS管，否則管子不能導通。比如Vgs耐壓在12V左右的管子，當Vgs高于1.5V以上時就基本可以認為導通，一般4-5V就可以達到其最小Ron了。但是，由于這個電壓是基于S極的，所以對于電源一類的開關管應用場合（靠低壓控制高壓輸入），必須想辦法讓/gs高于Vs足夠高（或者也可以讓管子并聯于電源，靠儲能器件工作于高速開關狀態），而為了簡化電路一般都是在柵極上添加自舉電路。自舉電路一般由一個電容和反向二極管組成，相當于給柵極增加了一個串聯的電池。自舉電容根據使用情況的不同，可以選用極性電容，也可以選擇非極性電容。在選擇這個電容時，如果電容很小，則電容儲能不夠，放電很快，開關管很難被有效打開或關閉；如果電容過大，也會導致開關速度受限，電路板面積也會增加。所以，電容要根據開關管工作速度適當選取，一般將電容值選擇在放電時間稍長與開關周期即可，具體的參數可以根據實驗來確定。相對與N溝道的MOS管，P溝道的管子在驅動起來就稍微容易一些，因為不必再去創造高于電源電壓的驅動環境，使用一個簡單的三極管調壓電路就可以實現了使用MOS管設計開關電源或者馬達驅動電路的時候，大部分人都會考慮MOS的導通電阻，最大電壓等，最大電流等，也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的，但并不是優秀的，作為正式的產品設計也是不允許的。下面是我對MOSFET及MOSFET驅動電路基礎的一點總結，其中參考了一些資料，非全部原創。包括MOS管的介紹，特性，驅動以及應用電路。1，MOS管種類和結構MOSFET管是FET的一種（另一種是JFET），可以被制造成增強型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。至于為什么不使用耗盡型的MOS管，不建議刨根問底。對于這兩種增強型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小，且容易制造。所以開關電源和馬達驅動的應用中，一般都用NMOS。下面的介紹中，也多以NMOS為主。MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在，這不是我們需要的，而是由于制造工藝限制產生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些，但沒有辦法避免，后邊再詳細介紹。在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管，在驅動感性負載(如馬達)，這個二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個的MOS管中存在，在集成電路芯片內部通常是沒有的。2，MOS管導通特性導通的意思是作為開關，相當于開關閉合。NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會導通，適合用于源極接地時的情況(低端驅動)，只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導通，適合用于源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動，但由于導通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是使用NMOS。3，MOS開關管損失不管是NMOS還是PMOS，導通后都有導通電阻存在，這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗?，F在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。MOS在導通和截止的時候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程，流過的電流有一個上升的過程，在這段時間內，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多，而且開關頻率越快，損失也越大。導通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大?？s短開關時間，可以減小每次導通時的損失；降低開關頻率，可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。4，MOS管驅動跟雙極性晶體管相比，一般認為使MOS管導通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個很容易做到，但是，我們還需要速度。在MOS管的結構中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅動，實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流，因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。選擇/設計MOS管驅動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。第二注意的是，普遍用于高端驅動的NMOS,導通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V如果在同一個系統里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵，要注意的是應該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導通電壓，設計時當然需要有一定的余量。而且電壓越高，導通速度越快，導通電阻也越小。現在也有導通電壓更小的MOS管用在不同的領域里，但在12V汽車電子系統里，一般4V導通就夠用了。MOS管的驅動電路及其損失，可以參考Microchip公司的AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs。講述得很詳細，所以不打算多寫了。5，MOS管應用電路MOS管最顯著的特性是開關特性好，所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中，常見的如開關電源和馬達驅動，也有照明調光。2008年07月14日星期一10:32一、靜態特性MOS管作為開關元件，同樣是工作在截止或導通兩種狀態。由于MOS管是電壓控制元件，所以主要由柵源電壓uGS決定其工作狀態。工作特性如下：探uGSV開啟電壓UT：MOS管工作在截止區，漏源電流iDS基本為0,輸出電壓uDS^UDD，MOS管處于"斷開"狀態，其等效電路如圖3.8(b)所示。探uGS＞開啟電壓UT：MOS管工作在導通區，漏源電流iDS=UDD/(RD+rDS)。其中，rDS為MOS管導通時的漏源電阻。輸出電壓UDS=UDD?rDS/(RD+rDS),如果rDSVVRD，貝I」uDS"0V,MOS管處于"接通"狀態，其等效電路如圖3.8(c)所示。二、動態特性

MOS管在導通與截止兩種狀態發生轉換時同樣存在過渡過程，但其動態特性主要取決于與電路有關的雜散電容充、放電所需的時間，而管子本身導通和截止時電荷積累和消散的時間是很小的。圖3.9(a)和(b)分別給出了一個NMOS管組成的電路及其動態特性示意圖。UddyRdIDUiCH_TLUO充電〒ClUddyRdIDUiCH_TLUO充電〒Cl當輸入電壓ui由高變低，MOS管由導通狀態轉換為截止狀態時，電源UDD通過RD向雜散電容CL充電，充電時間常數t1=RDCL。所以，輸出電壓uo要通過一定延時才由低電平變為高電平；當輸入電壓ui由低變高，MOS管由截止狀態轉換為導通狀態時，雜散電容CL上的電荷通過rDS進行放電，其放電時間常數T2"rDSCL。可見，輸出電壓Uo也要經過一定延時才能轉變成低電平。但因為rDS比RD小得多，所以，由截止到導通的轉換時間比由導通到截止的轉換時間要短。由于MOS管導通時的漏源電阻rDS比晶體三極管的飽和電阻rCES要大得多，漏極外接電阻RD也比晶體管集電極電阻RC大，所以，MOS管的充、放電時間較長，使MOS管的開關速度比晶體三極管的開關速度低。不過，在CMOS電路中，由于充電電路和放電電路都是低阻電路,因此，其充、放電過程都比較快，從而使CMOS電路有較高的開關速度。MOSFET的輸入阻抗很高，柵源的極間電容很小NMOS：高導通VGSPMOS：低導通VGS襯底一般跟源極連通，所以N溝道的P襯底跟S極連通，使用時讓P襯底接低電位，N襯底接高電位才能導通。無論是N還是Pmos管在D--->S之間都有二極管，此二極管起保護作用。靜態dv/dt是指還沒有導通時所能承受的最大斷態電壓上升率。過大的靜態dv/dt會誤觸發。動態dv/dt是指關斷過程中的陽極電壓上升率，4.dv/dt對MOSFET動態性能影響靜態dv/dt：會引起MOSFET柵極電壓變化，導致錯誤開通。在柵源間并聯電阻，可防止誤開通。動態dv/dt:回路中電感在MOSFET關斷時，引起動態dv/dt；工作頻率越高，負載等效電感越大，器件同時承受大的漏極電流和高漏極電壓，將導致器件損壞。加吸收回路，減小引線長度，采用諧振型電路，可抑制dv/dt二極管恢復期dv/dt：在MOSFET使用中，二極管發生續流過程時，漏極電壓快速上升，內部二極管反向恢復過程中導致損壞。主要原因是寄生二極管表現為少子器件，有反向恢復時間，反向恢復期間存儲電荷快速消失，會增大電流密度和電場強度，引起局部擊穿（如二次擊穿），導致器件損壞。*5-2MOSFET特性參數參數名稱符號單位IRF150(N溝道)2N6770（N溝道）IRF9140（P溝道〉最小典型最大最小典型最大最小典型最大漏瀝擊穿電壓少DmV100-500-100開啟電壓V2.04.02.04.0—2.0—4*0櫥源間正向漏電流nA-100-100-100櫥源間反向泄漏電流ZgmnA--100100100零柵壓漏極電流ZdmmA-2501001000-250通態漏極電流/D<on)A40-6.0-19漏源間通態直流電阻張a0.0450.0550.30.40.150.2跨導Gt,s9.0118.012.0245.07.0輸入電容CiMpF2000300010002000300011001300輸出電容C*pF10001500200400600550700反向轉移電容Cr?pF35050050100200250400開通滯后時間^d(on)ns-35352030上升時間ns-100501015關斷滯后時間ns-1251501320下降時間tins-100708.012櫥極總電荷QgnC631207090柵源電荷Qg?nC2714柵漏“Milter”電荷QgdnC3656漏極內引線電感LdnH5.05.0表5-3漏源間體內反并聯二極管特性參數參數名稱符號單位IRF150（N溝道）2N6770（N溝道）IRF9140（P溝道）連續電流A4012-19脈沖電流幅值AmA16025-76正向壓降VDV2.50?8?1?6-4.2反向恢復時間trrns6001300170反向恢復電荷QrrmC3.37.40.8表5-4功率MOSFET與GTR結構性能比較型項目功率MOSFETGTR結構雙擴散決定溝道長度，反偏溝道結，輕摻雜區達到高耐壓、垂直導電、襯底為漏極雙擴散決定基區寬度，反偏3電結，輕摻雜區達到高耐壓、n直導電、襯底為集電極特性輸出特性常關特性，電壓控制型，低電流區平方伏安特性，大電流區線性伏安特性，漏極電流正比于溝道寬度常關特性，電流控制型，指?伏安特性，集電極電流正比于;射區周長飽和特性受本征溝道電阻和漏區高阻層的限制，大UCES小，存在集電區電導調f效應轉移持性跨導增大受溝道穿通的限制P增大受電流的限制開啟電壓直接由摻雜決定，輸入阻抗約IO??10門￡)導通電壓由工藝參數決定，！入阻抗約103?開關特性多子導電器件?開關速度快，取決于多子的場漂移運動心~Ins,foff^lns有少子存儲效應，開關速度價受少子基區渡越時間的限制J~50?500ns,toff^500?20001溫度待性電流的溫度系數為負，熱穩定性好電流的溫度系數為正，會發“熱奔"

（續）項目型功率MOSFETGTR容電壓淺結器件，需用場板，分壓環等端部可采用包括臺面在內的各來緩和表面電場耐壓可達1000V種終端結構耐壓可達2000V量電流不產生電流集中，容易實現多管電流容易聚集，由于Ube匹配問并聯容量可達200A題，不能簡單并聯容量可達750A驅結構由于是常關型和電壓控制，驅動雖是常關型，但需溫度補償，防動電路簡單止熱擊穿，并需保護電路，復雜電功率純容性輸入阻抗，不需要直流電低輸入阻抗，需大的基極電流驅路流驅動，只需輸入電容的充放電動三極管原來總是看DATASHEET，以為BJT的CE之間是有不小的壓降，雖然比二極管要小點，但還是很令人畏懼。于是，我習慣了用NPN管。但是，現在怕是要改變習慣了，因為恰當的使NPN或PNP三極管，壓降都可以降為零，即Vce=?0V。以下為NPN/PNP的正確用法，且第一種和第四種用法可以使Vce導通壓降接近0V。由于三極管Vbe總不是那么均勻，個體參數差異較大，所以要保證Ibe足夠大，起碼要保證lbe=