MOS管參數(shù)-MOS管參數(shù)含義說(shuō)明及詳解-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-07-26
MOS管參數(shù)說(shuō)明，在使用 MOS 管設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候，一般都要考慮MOS的導(dǎo)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(qiáng)型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類(lèi)型，一般主要應(yīng)用的為增強(qiáng)型的NMOS管和增強(qiáng)型的PMOS管，所以通常提到的就是這兩種。這兩種增強(qiáng)型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導(dǎo)通電阻小且容易制造。所以開(kāi)關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，一般都用NMOS。在MOS管內(nèi)部，漏極和源極之間會(huì)寄生一個(gè)二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(如馬達(dá))，這個(gè)二極管很重要，并且只在單個(gè)的 MOS 管中存在此二極管，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒(méi)有的。
MOS管的三個(gè)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(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些，但沒(méi)有辦法避免。MOS 管導(dǎo)通特性導(dǎo)通的意思是作為開(kāi)關(guān)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。NMOS的特性，Vgs 大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng))，只要柵極電壓達(dá)到一定電壓（如4V或10V, 其他電壓，看手冊(cè)）就可以了。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接 VCC 時(shí)的情況(高端驅(qū)動(dòng))。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類(lèi)少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS。
不管是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，因而在DS間流過(guò)電流的同時(shí)，兩端還會(huì)有電壓，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的 MOS 管會(huì)減小導(dǎo)通損耗。現(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻一般在幾毫歐，幾十毫歐左右MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)下降的過(guò)程，流過(guò)的電流有一個(gè)上升的過(guò)程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開(kāi)關(guān)損失。通常開(kāi)關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開(kāi)關(guān)頻率越快，導(dǎo)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(kāi)關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失；降低開(kāi)關(guān)頻率，可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開(kāi)關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開(kāi)關(guān)損失。
MOS管導(dǎo)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(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而 MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì)比較大。選擇/設(shè)計(jì) MOS 管驅(qū)動(dòng)時(shí)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(qū)動(dòng)的 NMOS，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的 MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時(shí)柵極電壓要比 VCC 大(4V 或 10V 其他電壓，看手冊(cè))。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比 VCC 大的電壓，就要專(zhuān)門(mén)的升壓電路了，很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管。
1、極限參數(shù)：
ID:最大漏源電流。是指場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，漏源間所允許通過(guò)的最大電流。場(chǎng)效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過(guò) ID 。此參數(shù)會(huì)隨結(jié)溫度的上升而有所減額
IDM:最大脈沖漏源電流。此參數(shù)會(huì)隨結(jié)溫度的上升而有所減額
PD：最大耗散功率。是指場(chǎng)效應(yīng)管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。使用時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)際功耗應(yīng)小于 PDSM 并留有一定余量。此參數(shù)一般會(huì)隨結(jié)溫度的上升有所減額
VGS：最大柵源電壓
Tj：最大工作結(jié)溫。通常為 150 ℃ 或 175 ℃ ，器件設(shè)計(jì)的工作條件下須確應(yīng)避免超過(guò)這個(gè)溫度，并留有一定裕量
TSTG：存儲(chǔ)溫度范圍
2、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(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項(xiàng)極限參數(shù)，加在場(chǎng)效應(yīng)管上的工作電壓必須小于 V(BR)DSS 。 它具有正溫度特性。故應(yīng)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(jié)溫及漏極電流的條件下， MOSFET 導(dǎo)通時(shí)漏源間的最大阻抗。它是一個(gè)非常重要的參數(shù)，決定了 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)的消耗功率。此參數(shù)一般會(huì)隨結(jié)溫度的上升而有所增大。 故應(yīng)以此參數(shù)在最高工作結(jié)溫條件下的值作為損耗及壓降計(jì)算
VGS(th)：開(kāi)啟電壓（閥值電壓）。當(dāng)外加?xùn)艠O控制電壓 VGS 超過(guò) VGS(th) 時(shí)，漏區(qū)和源區(qū)的表面反型層形成了連接的溝道。應(yīng)用中，常將漏極短接條件下 ID 等于 1 毫安時(shí)的柵極電壓稱(chēng)為開(kāi)啟電壓。此參數(shù)一般會(huì)隨結(jié)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(shí)的漏源電流。一般在微安級(jí)
IGSS：柵源驅(qū)動(dòng)電流或反向電流。由于MOSFET輸入阻抗很大，IGSS 一般在納安級(jí)
3、動(dòng)態(tài)參數(shù)
gfs ：跨導(dǎo)。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(duì)漏極電流控制能力大小的量度。 gfs 與 VGS 的轉(zhuǎn)移關(guān)系注意看圖表
Qg ：柵極總充電電量。 MOSFET 是電壓型驅(qū)動(dòng)器件，驅(qū)動(dòng)的過(guò)程就是柵極電壓的建立過(guò)程，這是通過(guò)對(duì)柵源及柵漏之間的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，下面將有此方面的詳細(xì)論述
Qgs ：柵源充電電量
Qgd ：柵漏充電（考慮到 Miller 效應(yīng)）電量
Td(on) ：導(dǎo)通延遲時(shí)間。從有輸入電壓上升到 10% 開(kāi)始到 VDS 下降到其幅值 90% 的時(shí)間
Tr ：上升時(shí)間，輸出電壓 VDS 從 90% 下降到其幅值 10% 的時(shí)間
Td(off) ：關(guān)斷延遲時(shí)間，輸入電壓下降到 90% 開(kāi)始到 VDS 上升到其關(guān)斷電壓時(shí) 10% 的時(shí)間
Tf ：下降時(shí)間，輸出電壓 VDS 從 10% 上升到其幅值 90% 的時(shí)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(shù)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(shù)值的作用是有限的。輸入電容值只給出一個(gè)大概的驅(qū)動(dòng)電路所需的充電說(shuō)明，而柵極充電信息更為有用。它表明為達(dá)到一個(gè)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(shù)
這些參數(shù)是 MOSFET 在關(guān)斷狀態(tài)能承受過(guò)壓能力的指標(biāo)。如果電壓超過(guò)漏源極限電壓將導(dǎo)致器件處在雪崩狀態(tài)
EAS：?jiǎn)未蚊}沖雪崩擊穿能量。這是個(gè)極限參數(shù)，說(shuō)明 MOSFET 所能承受的最大雪崩擊穿能量
IAR：雪崩電流
EAR：重復(fù)雪崩擊穿能量
5、體內(nèi)二極管參數(shù)
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?/span>
Trr：反向恢復(fù)時(shí)間
Qrr：反向恢復(fù)充電電量
Ton：正向?qū)〞r(shí)間。（基本可以忽略不計(jì)）
MOSFET開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間定義
（一）在應(yīng)用過(guò)程中，以下幾個(gè)特性是經(jīng)常需要考慮的：
1、V（BR）DSS 的正溫度系數(shù)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(jī)時(shí)的可靠性。
2、 V（GS）th 的負(fù)溫度系數(shù)特性。柵極門(mén)檻電位隨著結(jié)溫的升高會(huì)有一定的減小。一些輻射也會(huì)使得此門(mén)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(fā)，尤其是低門(mén)檻電位的MOSFET應(yīng)用。因這一特性，有時(shí)需要將柵極驅(qū)動(dòng)的關(guān)閉電位設(shè)計(jì)成負(fù)值（指 N 型，P 型類(lèi)推）以避免干擾誤觸發(fā)。
3、VDSon/RDSon 的正溫度系數(shù)特性。VDSon/RDSon 隨著結(jié)溫的升高而略有增大的特性使得MOSFET的直接并聯(lián)使用變得可能。雙極型器件在此方面恰好相反，故其并聯(lián)使用變得相當(dāng)復(fù)雜化。RDSon也會(huì)隨著ID的增大而略有增大，這一特性以及結(jié)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(dāng)有限，在并聯(lián)使用、推挽使用或其它應(yīng)用時(shí)不可完全依賴(lài)此特性的自我調(diào)節(jié)，仍需要一些根本措施。這一特性也說(shuō)明了導(dǎo)通損耗會(huì)在高溫時(shí)變得更大。故在損耗計(jì)算時(shí)應(yīng)特別留意參數(shù)的選擇。
4、ID的負(fù)溫度系數(shù)特性，MOSFET參數(shù)理解及其主要特性ID會(huì)隨著結(jié)溫度升高而有相當(dāng)大的減額。這一特性使得在設(shè)計(jì)時(shí)往往需要考慮的是其在高溫時(shí)的ID參數(shù)。
5、雪崩能力IER/EAS的負(fù)溫度系數(shù)特性。結(jié)溫度升高后，雖然會(huì)使得MOSFET具有更大的 V（BR）DSS ，但是要注意EAS會(huì)有相當(dāng)大的減額。也就是說(shuō)高溫條件下其承受雪崩的能力相對(duì)于常溫而言要弱很多。
6、MOSFET 的體內(nèi)寄生二極管導(dǎo)通能力及反向恢復(fù)表現(xiàn)并不比普通二極管好。在設(shè)計(jì)中并不期望利用其作為回路主要的電流載體。往往會(huì)串接阻攔二極管使體內(nèi)寄生二極管無(wú)效，并通過(guò)額外并聯(lián)二極管構(gòu)成回路電載體。但在同步整流等短時(shí)間導(dǎo)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(huì)發(fā)生柵極驅(qū)動(dòng)的假觸發(fā)現(xiàn)象 (spurious-trigger) ，故在很大的 dVDS/dt 應(yīng)用場(chǎng)合（高頻快速開(kāi)關(guān)電路）需要考慮這方面的可能性。
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