你不知道的MOSFET

        1场效应管分类

          1.场效应管分为结型场效应管(JFET)和金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET);

          2.结型场效应管(JFET)分为N沟道和P沟道两种,实际应用中比较少;

          3.MOSFET有增强型和耗尽型两大类,增强型和耗尽型每一类都可分为NMOS和PMOS一般主板上使用最多的是增强型MOS管,NMOS最多,一般多用在信号控制上,其次是PMOS,多用在电源开关等方面,耗尽型几乎不用。


        2场效应管结构

          MOS管有三个极,栅极Gate,漏极Drain,源极Source,通常情况下,MOS管的衬底是和S极在管子内部连接在一起的,D极和S极之间一般会有一个寄生二极管;不论是N沟道还是P沟道,寄生二极管方向总是和箭头的方向一致;N/P沟道场效应管示意图如下:

       寄生二极管也叫体二极管,和普通二极管一样,正接会导通,反接截止,对于NMOS,当S极接正,D极接负,寄生二极管会导通,反之截止;对于PMOS管,当D极接正,S极接负,寄生二极管导通,反之截止。
某些应用场合,也会选择走体二极管,以增大DS之间的压降(体二极管的压降是比MOS的导通压降大很多的),同时也要关注体二极管的过电流能力。
当满足MOS管的导通条件时,MOS管的D极和S极会导通,这个时候体二极管是截止状态,因为MOS管的导通内阻极小,一般mΩ级别,流过1A级别的电流,也才mV级别,所以D极和S极之间的导通压降很小,不足以使寄生二极管导通,这点需要特别注意。

         3场效应管简单应用

         场效应管属于压控型器件,对于增强型的MOS管,当VGS大于一定值时管子就会导通,这里所说的“一定值”是指开启电压VGS(th)。

         4与三极管的区别

  1. 开关速度的不同。三极管工作时,两个PN结都会感应出电荷,当开关管处于导通状态时,三极管处于饱和状态,假设这时三极管截止,PN结感应的电荷要恢复到平衡状态,这个过程需要时间。而MOS由于工作方式不同,不需要恢复时间,因此可以用作高速开关管。
  2. 控制方式不同。MOS管是电压控制元件,而三级管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用MOS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,应选用三极管。
  3. 导电载流子种类数量不同。电力电子技术中提及的单极器件是指只靠一种载流子导电的器件,双极器件是指靠两种载流子导电的器件。MOS管只有多数载流子参与导电,所以也称为单极型器件;而三极管多数载流子和少数载流子均参与导电,所以称为双极型器件。
  4. 集成能力不同。MOS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MOS管集成在一块硅片上,因此MOS管在大范围集成电路中得到了普遍的应用。
  5. 输入阻抗和噪声能力不同。MOS管具有较高输入阻抗和低噪声等优点,被普遍应用于各种电子设备中。6.MOS管成本要高于三极管,根据两种元件的特性,MOS管常用于高频高速电路、大电流场所,以及对基极或漏极控制电流比较敏感的中央区域;而三极管则用于低成本场所。

         5串接电阻作用

         一、G和S极串联电阻的作用

  1. MOS管的输入阻抗很高,容易受到外界信号的干扰,只要少量的电荷,就能使G-S极间等效电容两端产生很高的电压,如果不及时把电荷释放掉,两端的高压容易使MOS管产生误动作,甚至有可能击穿G-S极,G、S极间串接电阻,可以防止静电损坏MOS。

  2. 提供固定偏置,在前极开路时,可以保证MOS有效关断。


        二、G极串联电阻的作用
  1. 减缓Rds从无穷大到Rds(on)的变化速度。

  2. 防止震荡,一般单片机的I/O输出口都会带点杂散电感,在电压突变的情况下,可能与栅极电容形成LC震荡,串联电阻可以增大阻尼减小震荡效果。

  3. 减小栅极充电峰值电流。


     6选型要点

     1.电压值

     D-S间最大耐压VDS和G-S间最大耐压VGS,实际使用时不能超过这两项值,避免损坏MOS管。

     开启电压VGS(th),一般MOS管都是用单片机进行控制,根据单片机的电平来选择合适导通阈值的MOS管,并且尽量留有一定的余量,以确保MOS可以正常开关。


     2.电流

     代表了MOS管的能流过多大电流,反应带负载的能力,超过这个值,MOS管也会损坏。


     3.功率损耗

     功率损耗包括热阻、温度。热阻指的是当有热量在物体上传输时,在物体两端温度差与热源的功率之间的比值,单位是℃/W,热阻的公式为RθJA= (Tj-Ta)/PD。


     4.导通阻抗

     导通阻抗越小,MOS管的损耗越小,一般MOS管的导通阻抗都是在mΩ级别。


     5.开关时间

     在高速电路中,尽可能选择输入、输出电容Ciss&Coss小、开关时间Ton&Toff短的MOS管,以保证数据通信正常。


     6.封装

     根据PCB板的尺寸,选择合适的MOS管尺寸,在板载面积有限的情况下,尽可能选择小封装;中低压小功率的可选择我司的SOT-23、SOT-23-3/6、SOT-89封装,大功率的可选择我司的DFN/QFN系列封装。



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