MOS管開通過程好

MOS管學習筆記1精選課件主要內(nèi)容MOS管的種類及結構MOS管的工作原理MOS管的主要參數(shù)MOS管的驅(qū)動2精選課件MOS管的種類及結構

MOS管的全稱是：MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor（金屬氧化物半導體場效應管）導電載流子的帶電極性N溝道（電子型）P溝道（空穴型）導電溝道形成機理增強型（E型）耗盡型（D型）組合共有4種類型

分類在實際應用中，只有N溝道增強型和P溝道增強型，這兩種中比較常用的是NMOS管，原因是導通電阻小，且容易制造。3精選課件結構符號剖面圖以一塊摻雜濃度較低，電阻率較高的P型硅半導體薄片作為襯底，利用擴散的方法在P型硅中形成兩個高摻雜的N+區(qū)。然后在P型硅表面生長一層很薄的二氧化硅絕緣層，并在二氧化硅表面及N+型區(qū)的表面上分別安裝三個鋁電極——柵極g，源極s和漏極d，這樣就形成了N溝道增強型MOS管。4精選課件（1）Vgs=0，沒有導電溝道此時柵源短接，源區(qū)，襯底和漏區(qū)形成兩個背靠背的PN結，無論Vds的極性怎樣，其中總有一個PN結是反偏的，所以d,s之間沒有形成導電溝道，MOS管處于截止狀態(tài)。（2）Vgs≥VGS(th）

，出現(xiàn)N溝道柵源之間加正向電壓由柵極指向P型襯底的電場將靠近柵極下方的空穴向下排斥形成耗盡層MOS管的工作原理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(qū)動）再增加Vgs縱向電場將P區(qū)少子（電子）聚集到P區(qū)表面形成源漏極間的N型導電溝道如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流id定義：開啟電壓VGS(th）

——剛剛產(chǎn)生導電溝道所需的柵源電壓Vgs5精選課件（3）輸出特性曲線MOS的輸出特性曲線是指在柵源電壓Vgs>VGS(th）且恒定的情況下，漏極電流id與漏源電壓Vds之間的關系，可以分為以下4段：a.線性區(qū)當Vds很小時，溝道就像一個阻值與Vds無關的固定電阻，此時id與Vds成線性關系，如圖OA段所示6精選課件b.過渡區(qū)隨著Vds增大，漏極附近的溝道變薄，溝道電阻增大，曲線逐漸下彎。當Vds增大到Vdsat(飽和漏源電壓)時，漏端處可動電子消失，此時溝道被夾斷，如圖AB段所示。線性區(qū)和過渡區(qū)統(tǒng)稱為非飽和區(qū)。7精選課件c.飽和區(qū)當Vds>Vdsat時，溝道夾斷點向左移，漏極附近只剩下耗盡區(qū)，此時id幾乎與Vds無關而保持idsat不變，曲線為水平直線，如圖BC段所示。d.擊穿區(qū)Vds繼續(xù)增大到BVds時，漏結發(fā)生雪崩擊穿，id

急劇增大，如圖CD段所示。8精選課件以Vgs為參考量，可以得到不同Vgs下，漏極電流id與漏源電壓Vds之間的關系曲線族，即為MOS管的輸出特性曲線。將各曲線的夾斷點用虛線連接起來，虛線左側為可變電阻區(qū)，右側為飽和區(qū)。Vgs<VGS(th）時，稱為截止區(qū)9精選課件（4）轉移特性漏源電壓Vds一定的條件下，柵源電壓Vgs對漏極電流id的控制特性?？筛鶕?jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。例：作Vds

=10V的一條轉移特性曲線UT10精選課件4種類型的MOSFET特性曲線小結11精選課件MOS管的主要參數(shù)

極限參數(shù)ID：最大漏源電流。是指場效應管正常工作時，漏源間所允許通過的最大電流。MOSFET的工作電流不應超過ID。此參數(shù)會隨結溫度的上升而有所減額。IDM：最大脈沖漏源電流。反映了器件可以處理的脈沖電流的高低，此參數(shù)會隨結溫度的上升而有所減小。PD：最大耗散功率。是指場效應管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。使用時，場效應管實際功耗應小于PDSM并留有一定余量。此參數(shù)一般會隨結溫度的上升而有所減額。VGS：最大柵源電壓。是指柵源間反向電流開始急劇增加時的VGS值Tj：最大工作結溫。通常為150℃或175℃，器件設計的工作條件下須確應避免超過這個溫度，并留有一定裕量。TSTG：存儲溫度范圍。12精選課件

靜態(tài)參數(shù)V(BR)DSS

：漏源擊穿電壓。是指柵源電壓VGS為0時，場效應管正常工作所能承受的最大漏源電壓。加在場效應管上的工作電壓必須小于V(BR)DSS。它具有正溫度特性。故應以此參數(shù)在低溫條件下的值作為安全考慮。V(BR)DSS/△Tj：漏源擊穿電壓的溫度系數(shù)，一般為0.1V/℃。RDS(on）：在特定的VGS（一般為10V）、結溫及漏極電流的條件下，MOSFET導通時漏源間的最大阻抗。它是一個非常重要的參數(shù)，決定了MOSFET導通時的消耗功率。此參數(shù)一般會隨結溫度的上升而有所增大。故應以此參數(shù)在最高工作結溫條件下的值作為損耗及壓降計算。VGS(th)：開啟電壓（閥值電壓）。當外加柵極控制電壓VGS超過VGS(th)時，漏區(qū)和源區(qū)的表面反型層形成了連接的溝道。應用中，常將漏極短接條件下ID等于1毫安時的柵極電壓稱為開啟電壓。此參數(shù)一般會隨結溫度的上升而有所降低。IDSS：飽和漏源電流，柵極電壓VGS=0、VDS為一定值時的漏源電流。一般在微安級。IGSS：柵源驅(qū)動電流或反向電流。由于MOSFET輸入阻抗很大，IGSS一般在納安級。13精選課件動態(tài)參數(shù)gfs：跨導。是指漏極輸出電流的變化量與柵源電壓變化量之比，是柵源電壓對漏極電流控制能力大小的量度。Qg：柵極總充電電量。MOSFET是電壓型驅(qū)動器件，驅(qū)動的過程就是柵極電壓的建立過程，這是通過對柵源及柵漏之間的電容充電來實現(xiàn)的。Qgs：柵源充電電量。Qgd：柵漏充電電量。Ciss：輸入電容，將漏源短接，用交流信號測得的柵極和源極之間的電容。Ciss=CGD+CGS。對器件的開啟和關斷延時有直接的影響。Coss：輸出電容，將柵源短接，用交流信號測得的漏極和源極之間的電容。Coss=CDS+CGD。Crss：反向傳輸電容，在源極接地的情況下，測得的漏極和柵極之間的電容Crss=CGD。對于開關的上升和下降時間來說是其中一個重要的參數(shù)14精選課件Td(on)：導通延遲時間。從有輸入電壓上升到10%開始到VDS（Vout）下降到其幅值90%的時間(如下圖示)。Tr：上升時間。輸出電壓VDS（Vout）從90%下降到其幅值10%的時間。Td(off)：關斷延遲時間。輸入電壓下降到90%開始到VDS（Vout）上升到其關斷電壓時10%的時間。Tf：下降時間。輸出電壓VDS（Vout）從10%上升到其幅值90%的時間，參照下圖所示。15精選課件如果電壓超過漏源極限電壓將導致器件處在雪崩狀態(tài)EAS：單次脈沖雪崩擊穿能量，說明MOSFET所能承受的最大雪崩擊穿能量IAR：雪崩電流EAR：重復雪崩擊穿能量

IS：連續(xù)最大續(xù)流電流（從源極）ISM：脈沖最大續(xù)流電流（從源極）VSD：正向?qū)▔航礣rr：反向恢復時間Qrr：反向恢復充電電量Ton：正向?qū)〞r間（基本可以忽略不計）

雪崩擊穿參數(shù)體內(nèi)二極管參數(shù)16精選課件MOS管的驅(qū)動開關管導通時，驅(qū)動電路應能提供足夠大的充電電流使柵源電壓上升到需要值，保證開關管快速開通且不存在上升沿的高頻震蕩。開關管導通期間驅(qū)動電路能保證MOSFET柵源間電壓保持穩(wěn)定使其可靠導通。關斷瞬間驅(qū)動電路能提供一個低阻抗通路供MOSFET柵源間電壓快速瀉放，保證開關管能快速關斷。關斷期間驅(qū)動電路可以提供一定的負電壓避免受到干擾產(chǎn)生誤導通。驅(qū)動電路結構盡量簡單，最好有隔離。在進行驅(qū)動電路設計之前，必須先清楚MOS管的模型、MOS管的開關過程、MOS管的柵極電荷以及MOS管的輸入輸出電容、跨接電容、等效電容等參數(shù)對驅(qū)動的影響。驅(qū)動電路的好壞直接影響了電源的工作性能及可靠性，一個好的MOSFET驅(qū)動電路的基本要求是：17精選課件POWERMOSFET等效模型18精選課件POWERMOSFET寄生參數(shù)Ciss=CGD+CGSCoss=CDS+CGDCrss=CGD19精選課件POWERMOSFET導通過程T0~T1：驅(qū)動通過RGATE對Cgs充電，電壓Vgs以指數(shù)的形式上升20精選課件T1~T2：Vgs達到MOSFET開啟電壓，MOSFET進入線性區(qū)，Id緩慢上升，至T2時刻Id到達飽和或是負載最大電流。在此期間漏源極之間依然承受近乎全部電壓Vdd。21精選課件T2~T3：T2時刻Id達到飽和并維持穩(wěn)定值，MOS管工作在飽和區(qū)，Vgs固定不變，電壓Vds開始下降。此期間Cgs不再消耗電荷，

VDD開始給Cgd提供放電電流。22精選課件T3~T4：電壓Vds下降到0V，VDD繼續(xù)給Cgs充電，直至Vgs=VDD，MOSFET完成導通過程。23精選課件

Vgs的各個階段的時間跨度同柵極消耗電荷成比例（因△Q=IG△T，而IG在此處為恒流源之輸出）。T0~T2跨度代表了Ciss（VGS+CGD）所消耗的電荷，對應于器件規(guī)格書中提供的參數(shù)Qgs(GatetoSourceCharge)。T2~T3跨度代表了CGD（或稱為米勒電容）消耗的電荷，對應于器件規(guī)格書中提供的參數(shù)Qds(GatetoDrain(“Miller”)Charge)。T3時刻前消耗的所有電荷就是驅(qū)動電壓為Vdd、電流為Id的MOSFET所需要完全開通的最少電荷需求量。T3以后消耗的額外電荷并不表示驅(qū)動所必須的電荷，只表示驅(qū)動電路提供的多余電荷而已。說明

開關損失：在MOSFET導通的過程中，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，那么這段時間里，MOS管損失的是電壓和電流的乘積，稱為開關損失。導通損耗：MOS管在導通之后，電流在導通電阻上消耗能量，稱為導通損耗。24精選課件驅(qū)動電量要求：△Qt0~t4=(t4－t0)IG=VG（CGS+CGD）+VDDCGD驅(qū)動電流要求：IG=△Qt0~t4/(t4－t0)≈△Qt0~t3/(t3－t0)≈Qg/(Td(on)+Tr)驅(qū)動功率要求：Pdrive=∫t4－t0vg(t)ig(t)≈VG△Q≈VG〔VG（CGS+CGD）+VDDCGD〕驅(qū)動電阻要求：RG=VG/IG整體特性表現(xiàn)：一般地可以根據(jù)器件規(guī)格書提供的如下幾個參數(shù)作為初期驅(qū)動設計的計算假設a)Qg(TotalGateCharge)：作為最小驅(qū)動電量要求。相應地可得到最小驅(qū)動電流要求為IG≈Qg/(td(on)+tr)。Pdrive=VG*Qg作為最小驅(qū)動功率要求。相應地，平均驅(qū)動損耗為VG*Qg*fs

25精選課件POWERMOSFET關斷過程MOSFET關斷過程是開通過程的反過程。26精選課件POWERMOSFET驅(qū)動保護導通過程中，為防止誤導通，G-S間應并一個電阻。關斷過程中，為防止關斷時誤導通，G-S間應提供一個低阻抗回路27精選課件POWERMOSFET驅(qū)動電阻的影響增大驅(qū)動電阻，對G極電壓波型上升沿的影響驅(qū)動電阻增大，驅(qū)動上升變慢，開關過程延長，對EMI有好處，但是開關損耗會增大，因此選擇合適的驅(qū)動電阻很重要。28精選課件幾種常見的MOSFET驅(qū)動電路不隔離互補驅(qū)動電路由于MOSFET為電壓型驅(qū)動器件，當其關斷時，漏源兩端的電壓的上升會通過結電容在柵源兩端產(chǎn)生干擾電壓，如圖所示的電路不能提供負電壓，因此其抗干擾性較差，有條件的話可以將其中的地換成-Vcc，以提高抗干擾性及提高關斷速度。R為驅(qū)動限流電阻，一般用作抑制呈現(xiàn)高阻抗特性的驅(qū)動回路可能產(chǎn)生的寄生振蕩29精選課件隔離驅(qū)動電路（1）正激驅(qū)動電路該驅(qū)動電路的導通速度主要與被驅(qū)動S1柵源極等效輸人電容的大小、Q1的驅(qū)動信號的速度以及Q1所能提供的電流大小有關優(yōu)點：

電路簡單，并實現(xiàn)了隔離驅(qū)動。

只需單電源即可提供導通時的正電壓及關斷時的負電壓。

占空比固定時，通過合理的參數(shù)設計，此驅(qū)動電路也具有較快的開關速度。缺點：

由