MOS管選型基礎(chǔ)與參數(shù)要點(diǎn)-MOS管選型注意事項(xiàng)-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-03-08
MOS管的基礎(chǔ)選型
MOS管有兩大類型：N 溝道和 P 溝道。在功率系統(tǒng)中，MOS管可被看成電氣開(kāi)關(guān)。當(dāng)在 N 溝道MOS管的柵極和源極間加上正電壓時(shí)，其開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。導(dǎo)通時(shí)，電流可經(jīng)開(kāi)關(guān)從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個(gè)內(nèi)阻，稱為導(dǎo)通電阻 RDS(ON)。必須清楚MOS管的柵極是個(gè)高阻抗端，因此，總是要在柵極加上一個(gè)電壓。如果柵極為懸空，器件將不能按設(shè)計(jì)意圖工作，并可能在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)閉，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的功率損耗。當(dāng)源極和柵極間的電壓為零時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉，而電流停止通過(guò)器件。雖然這時(shí)器件已經(jīng)關(guān)閉，但仍然有微小電流存在，這稱之為漏電流，即 IDSS。
作為電氣系統(tǒng)中的基本部件，工程師如何根據(jù)參數(shù)做出正確選擇呢？本文將討論如何通過(guò)四步來(lái)選擇正確的MOS管。
為設(shè)計(jì)選擇正確器件的第一步是決定采用 N 溝道還是 P 溝道MOS管。在典型的功率應(yīng)用中，當(dāng)一個(gè)MOS管接地，而負(fù)載連接到干線電壓上時(shí)，該MOS管就構(gòu)成了低壓側(cè)開(kāi)關(guān)。在低壓側(cè)開(kāi)關(guān)中，應(yīng)采用 N 溝道MOS管，這是出于對(duì)關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。當(dāng)MOS管連接到總線及負(fù)載接地時(shí)，就要用高壓側(cè)開(kāi)關(guān)。通常會(huì)在這個(gè)拓?fù)渲胁捎?P 溝道MOS管，這也是出于對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)的考慮。
額定電壓越大，器件的成本就越高。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，額定電壓應(yīng)當(dāng)大于干線電壓或總線電壓。這樣才能提供足夠的保護(hù)，使MOS管不會(huì)失效。就選擇MOS管而言，必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓，即最大 VDS。設(shè)計(jì)工程師需要考慮的其他安全因素包括由開(kāi)關(guān)電子設(shè)備(如電機(jī)或變壓器)誘發(fā)的電壓瞬變。不同應(yīng)用的額定電壓也有所不同；通常，便攜式設(shè)備為 20V、FPGA 電源為20～30V、85～220VAC 應(yīng)用為 450～600V。
在連續(xù)導(dǎo)通模式下，MOS管處于穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電流連續(xù)通過(guò)器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過(guò)器件。一旦確定了這些條件下的最大電流，只需直接選擇能承受這個(gè)最大電流的器件便可。
MOS管器件的功率耗損可由 Iload2×RDS(ON)計(jì)算，由于導(dǎo)通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會(huì)隨之按比例變化。對(duì)便攜式設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，采用較低的電壓比較容易(較為普遍)，而對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)，可采用較高的電壓。注意 RDS(ON)電阻會(huì)隨著電流輕微上升。關(guān)于 RDS(ON)電阻的各種電氣參數(shù)變化可在制造商提供的技術(shù)資料表中查到。
需要提醒設(shè)計(jì)人員，一般來(lái)說(shuō) MOS 管規(guī)格書(shū)標(biāo)注的 Id 電流是 MOS 管芯片的最大常態(tài)電流，實(shí)際使用時(shí)的最大常態(tài)電流還要受封裝的最大電流限制。因此客戶設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的最大使用電流設(shè)定要考慮封裝的最大電流限制。
建議客戶設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的最大使用電流設(shè)定更重要的是要考慮 MOS 管的內(nèi)阻參數(shù)。
設(shè)計(jì)人員必須考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實(shí)情況。建議采用針對(duì)最壞情況的計(jì)算結(jié)果，因?yàn)檫@個(gè)結(jié)果提供更大的安全余量，能確保系統(tǒng)不會(huì)失效。在MOS管的資料表上還有一些需要注意的測(cè)量數(shù)據(jù)；比如封裝器件的半導(dǎo)體結(jié)與環(huán)境之間的熱阻，以及最大的結(jié)溫。
開(kāi)關(guān)損耗其實(shí)也是一個(gè)很重要的指標(biāo)。從下圖可以看到，導(dǎo)通瞬間的電壓電流乘積相當(dāng)大。
一定程度上決定了器件的開(kāi)關(guān)性能。不過(guò)，如果系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)性能要求比較高，可以選擇柵極電荷 QG 比較小的功率MOSFET。
飽和漏極電流IDSS它可定義為：當(dāng)柵、源極之間的電壓等于零，而漏、源極之間的電壓大于夾斷電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的漏極電流。
夾斷電壓UP它可定義為：當(dāng)UDS一定時(shí)，使ID減小到一個(gè)微小的電流時(shí)所需的UGS。
開(kāi)啟電壓UT它可定義為：當(dāng)UDS一定時(shí)，使ID到達(dá)某一個(gè)數(shù)值時(shí)所需的UGS。
交流參數(shù)可分為輸出電阻和低頻互導(dǎo)2個(gè)參數(shù)，輸出電阻一般在幾十千歐到幾百千歐之間，而低頻互導(dǎo)一般在十分之幾至幾毫西的范圍內(nèi)，特殊的可達(dá)100mS，甚至更高。
低頻跨導(dǎo)gm它是描述柵、源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。
極間電容MSO管三個(gè)電極之間的電容，它的值越小表示管子的性能越好。
①最大漏極電流是指管子正常工作時(shí)漏極電流允許的上限值，
②最大耗散功率是指在管子中的功率，受到管子最高工作溫度的限制，
③最大漏源電壓是指發(fā)生在雪崩擊穿、漏極電流開(kāi)始急劇上升時(shí)的電壓，
④最大柵源電壓是指柵源間反向電流開(kāi)始急劇增加時(shí)的電壓值。
除以上參數(shù)外，還有極間電容、高頻參數(shù)等其他參數(shù)。
漏、源擊穿電壓當(dāng)漏極電流急劇上升時(shí)，產(chǎn)生雪崩擊穿時(shí)的UDS。
柵極擊穿電壓結(jié)型MOS管正常工作時(shí)，柵、源極之間的PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，若電流過(guò)高，則產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象。
1、IDSS—飽和漏源電流。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵MOS管中，柵極電壓UGS=0時(shí)的漏源電流。
2、UP—夾斷電壓。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵MOS管中，使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓。
3、UT—開(kāi)啟電壓。是指增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效管中，使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓。
4、gM—跨導(dǎo)。是表示柵源電壓UGS—對(duì)漏極電流ID的控制能力，即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM是衡量MOS管放大能力的重要參數(shù)。
5、BUDS—漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時(shí)，MOS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MOS管上的工作電壓必須小于BUDS。
6、PDSM—最大耗散功率。也是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指MOS管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。使用時(shí)，MOS管實(shí)際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量。7、IDSM—最大漏源電流。是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指MOS管正常工作時(shí)，漏源間所允許通過(guò)的最大電流。MOS管的工作電流不應(yīng)超過(guò)IDSM。
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