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MOS管的选型,这篇很全面~

2025-02-28

一、MOSFET的简介

       金属-氧化物半导体场效应晶体管,简称MOSFET。是一种可以广泛使用的在模拟电路与数字电路的场效晶体管。MOSFET依照其“通道”(工作载流子)的极性不同,可分为“N型”与“P型”的两种类型,通常又称为N-MOSFET与P-MOSFET,MOSFET广泛应用于电路电子开关。

 

二、MOSFET的选用技巧

1、选用N沟道还是P沟道,在低压侧开关中,应采用N沟道MOSFET,这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当MOSFET连接到总线及负载接地时,就要用高压侧开关。通常是出于对电压驱动的考虑;

2、额定电压越大,器件的成本就越高,VDS必须覆盖电路额定工作电压范围并且注意温度曲线;

3、确定额定电流,额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流;

4、选好额定电流后,还必须计算导通损耗。MOSFET在“导通”时就像一个可变电阻,由器件的RDS(ON)所确定,并随温度而显著变化。器件功率损耗可由IIoad2 x RDS(ON)计算也会随之按比例变化。对MOSFET施加的电压VGS越高,RDS(ON)就会越小,反之RDS(ON)就会要折中权衡的地方。对便携式设计来说,采用较设计,可采用较高的电压。注意RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升;

5、决定开关性能,是栅极/漏极、栅极/源极及漏极源极电容。这些电容会在器件中产生开关损耗,因为在每次开关时都要低,器件效率也下降。为计算开关过程中器件的总损耗,设计人员必须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损耗(Eoff)。

 

三、MOSFET的主要参数

 

1、极限参数:

 

ID:最大漏源电流。是指场效应管正常工作时,漏源间所允许通过的最大电流。场效应管的工作电流不应超过 ID 。此参数会随结温度的上升而有所减额

 

IDM:最大脉冲漏源电流。此参数会随结温度的上升而有所减额

 

PD:最大耗散功率。是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。使用时,场效应管实际功耗应小于 PDSM 并留有一定余量。此参数一般会随结温度的上升有所减额

 

VGS:最大栅源电压

 

Tj:最大工作结温。通常为 150 ℃ 或 175 ℃ ,器件设计的工作条件下须确应避免超过这个温度,并留有一定裕量

 

TSTG:存储温度范围

 

2、静态参数

 

V(BR)DSS:漏源击穿电压。是指栅源电压VGS 为 0 时,场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必须小于 V(BR)DSS 。它具有正温度特性。故应以此参数在低温条件下的值作为安全考虑。△ V(BR)DSS/ △ Tj :漏源击穿电压的温度系数,一般为 0.1V/ ℃

 

RDS(on):在特定的 VGS (一般为 10V)、结温及漏极电流的条件下, MOSFET 导通时漏源间的最大阻抗。它是一个非常重要的参数,决定了 MOSFET 导通时的消耗功率。此参数一般会随结温度的上升而有所增大。故应以此参数在最高工作结温条件下的值作为损耗及压降计算

 

VGS(th):开启电压(阀值电压)。当外加栅极控制电压 VGS 超过 VGS(th) 时,漏区和源区的表面反型层形成了连接的沟道。应用中,常将漏极短接条件下 ID 等于 1 毫安时的栅极电压称为开启电压。此参数一般会随结温度的上升而有所降低

 

IDSS:饱和漏源电流,栅极电压 VGS=0 、 VDS 为一定值时的漏源电流。一般在微安级

 

IGSS:栅源驱动电流或反向电流。由于MOSFET输入阻抗很大,IGSS 一般在纳安级

 

3、动态参数

 

gfs :跨导。是指漏极输出电流的变化量与栅源电压变化量之比,是栅源电压对漏极电流控制能力大小的量度。gfs 与 VGS 的转移关系注意看图表

 

Qg :栅极总充电电量。MOSFET 是电压型驱动器件,驱动的过程就是栅极电压的建立过程,这是通过对栅源及栅漏之间的电容充电来实现的,下面将有此方面的详细论述

 

Qgs :栅源充电电量

 

Qgd :栅漏充电(考虑到 Miller 效应)电量

 

Td(on) :导通延迟时间。从有输入电压上升到 10% 开始到 VDS 下降到其幅值 90% 的时间

 

Tr :上升时间,输出电压 VDS 从 90% 下降到其幅值 10% 的时间

 

Td(off) :关断延迟时间,输入电压下降到 90% 开始到 VDS 上升到其关断电压时 10% 的时间

 

Tf :下降时间,输出电压 VDS 从 10% 上升到其幅值 90% 的时间

 

Ciss :输入电容, Ciss= CGD + CGS ( CDS 短路)

 

Coss :输出电容,Coss = CDS +CGD

 

Crss :反向传输电容,Crss = CGD

 

MOS管的极间电容,MOSFET 之感生电容被大多数制造厂商分成输入电容,输出电容以及反馈电容。所引述的值是在漏源电压为某固定值的情况下。此些电容随漏源电压的变化而变化,电容数值的作用是有限的。输入电容值只给出一个大概的驱动电路所需的充电说明,而栅极充电信息更为有用。它表明为达到一个特定的栅源电压栅极所必须充的电量。

 


四、MOSFET的应用优势

 

       1、场效应晶体管是电压控制元件,而双极结型晶体管是电流控制元件。在只允许从取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用双极晶体管。

 

       2、有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比双极晶体管好。

 

       3、场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而双极结型晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电。因此被称之为双极型器件。

 

       4、场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。


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