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                            MOS管參數-MOS管參數含義說明及詳解-KIA MOS管

                            信息來源:本站 日期:2018-07-26 

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                            MOS管參數說明

                            MOS管參數說明,在使用 MOS 管設計開關電源或者馬達驅動電路的時候,一般都要考慮MOS的導通電阻,最大電壓等,最大電流等因素。MOS管是FET的一種,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,一般主要應用的為增強型的NMOS管和增強型的PMOS管,所以通常提到的就是這兩種。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。在MOS管內部,漏極和源極之間會寄生一個二極管。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,并且只在單個的 MOS 管中存在此二極管,在集成電路芯片內部通常是沒有的。

                            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。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),只要柵極電壓達到一定電壓(如4V或10V, 其他電壓,看手冊)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。

                            MOS 開關管損失

                            不管是NMOS還是PMOS,導通后都有導通電阻存在,因而在DS間流過電流的同時,兩端還會有電壓,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毫歐,幾十毫歐左右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,導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大。降低開關時間,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。

                            MOS管驅動

                            MOS管導通不需要電流,只要 GS 電壓高于一定的值,就可以了。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。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 其他電壓,看手冊)。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。

                            MOS管參數含義說明

                            1、極限參數:

                            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。場效應管的工作電流不應超過 ID 。此參數會隨結溫度的上升而有所減額

                            IDM:最大脈沖漏源電流。此參數會隨結溫度的上升而有所減額

                            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。此參數一般會隨結溫度的上升有所減額

                            VGS:最大柵源電壓

                            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

                            2、靜態參數

                            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。這是一項極限參數,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,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,決定了 MOSFET 導通時的消耗功率。此參數一般會隨結溫度的上升而有所增大。 故應以此參數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,漏區和源區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:柵源驅動電流或反向電流。由于MOSFET輸入阻抗很大,IGSS 一般在納安級

                            3、動態參數

                            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。 gfs 與 VGS 的轉移關系注意看圖表

                            Qg :柵極總充電電量。 MOSFET 是電壓型驅動器件,驅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的,下面將有此方面的詳細論述

                            Qgs :柵源充電電量

                            Qgd :柵漏充電(考慮到 Miller 效應)電量

                            Td(on) :導通延遲時間。從有輸入電壓上升到 10% 開始到 VDS 下降到其幅值 90% 的時間

                            Tr :上升時間,輸出電壓 VDS 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 上升到其關斷電壓時 10% 的時間

                            Tf :下降時間,輸出電壓 VDS 從 10% 上升到其幅值 90% 的時間

                            Ciss :輸入電容, Ciss= CGD + CGS ( CDS 短路)

                            Coss :輸出電容,Coss = CDS +CGD

                            Crss :反向傳輸電容,Crss = CGD

                            MOS管的極間電容,MOSFET 之感生電容被大多數制造廠商分成輸入電容,輸出電容以及反饋電容。所引述的值是在漏源電壓為某固定值的情況下。此些電容隨漏源電壓的變化而變化,電容數值的作用是有限的。輸入電容值只給出一個大概的驅動電路所需的充電說明,而柵極充電信息更為有用。它表明為達到一個特定的柵源電壓柵極所必須充的電量。

                            4、雪崩擊穿特性參數

                            這些參數是 MOSFET 在關斷狀態能承受過壓能力的指標。如果電壓超過漏源極限電壓將導致器件處在雪崩狀態

                            EAS:單次脈沖雪崩擊穿能量。這是個極限參數,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

                            5、體內二極管參數

                            IS:連續最大續流電流(從源極)

                            ISM:脈沖最大續流電流(從源極)

                            VSD:正向導通壓降

                            Trr:反向恢復時間

                            Qrr:反向恢復充電電量

                            Ton:正向導通時間。(基本可以忽略不計)

                            MOSFET開通時間和關斷時間定義

                            (一)在應用過程中,以下幾個特性是經常需要考慮的:

                            1、V(BR)DSS 的正溫度系數特性。這一有異于雙極型器件的特性使得其在正常工作溫度升高后變得更可靠。但也需要留意其在低溫冷啟機時的可靠性。

                            2、 V(GS)th 的負溫度系數特性。柵極門檻電位隨著結溫的升高會有一定的減小。一些輻射也會使得此門檻電位減小,甚至可能低于0電位。這一特性需要工程師注意MOSFET在此些情況下的干擾誤觸發,尤其是低門檻電位的MOSFET應用。因這一特性,有時需要將柵極驅動的關閉電位設計成負值(指 N 型,P 型類推)以避免干擾誤觸發。

                            3、VDSon/RDSon 的正溫度系數特性。VDSon/RDSon 隨著結溫的升高而略有增大的特性使得MOSFET的直接并聯使用變得可能。雙極型器件在此方面恰好相反,故其并聯使用變得相當復雜化。RDSon也會隨著ID的增大而略有增大,這一特性以及結和面RDSon正溫度特性使得MOSFET避免了象雙極型器件那樣的二次擊穿。 但要注意此特性效果相當有限,在并聯使用、推挽使用或其它應用時不可完全依賴此特性的自我調節,仍需要一些根本措施。這一特性也說明了導通損耗會在高溫時變得更大。故在損耗計算時應特別留意參數的選擇。

                            4、ID的負溫度系數特性,MOSFET參數理解及其主要特性ID會隨著結溫度升高而有相當大的減額。這一特性使得在設計時往往需要考慮的是其在高溫時的ID參數。

                            5、雪崩能力IER/EAS的負溫度系數特性。結溫度升高后,雖然會使得MOSFET具有更大的 V(BR)DSS ,但是要注意EAS會有相當大的減額。也就是說高溫條件下其承受雪崩的能力相對于常溫而言要弱很多。

                            6、MOSFET 的體內寄生二極管導通能力及反向恢復表現并不比普通二極管好。在設計中并不期望利用其作為回路主要的電流載體。往往會串接阻攔二極管使體內寄生二極管無效,并通過額外并聯二極管構成回路電載體。但在同步整流等短時間導通或一些小電流要求的情況下是可以考慮將其作為載體的。

                            7、漏極電位的快速上升有可能會發生柵極驅動的假觸發現象 (spurious-trigger) ,故在很大的 dVDS/dt 應用場合(高頻快速開關電路)需要考慮這方面的可能性。


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