[电路]MOS管的种类_参数

浅谈MOS管的种类与参数

MOS管的种类

MOS管的三个极

  • G极(门极),比较好辨认,即控制脚。
  • S极(源极),不论是P沟道还是N沟道,两根线相交的就是源极S。
  • D极(漏极),不论是P沟道还是N沟道,是单独引线的那边就是漏极D。

NMOS vs. PMOS

NMOS

  • 门极G需要一个比源极S更 的电压驱动
  • 更好的性能
  • 更多的选择
  • 更低的成本

PMOS

  • 门极G需要一个比源极S更 的电压驱动
  • 不需要更高的电压驱动,驱动简单

体二极管

  • 对于P沟道与N沟道的MOS管,我们需要注意其体二极管的方向
  • 其性能和普通二极管类似(具有较大的正向压降,较大的反向恢复时间)

MOS管的参数

  • 下图为IRF9540N的PMOS器件手册,对MOS管的参数进行具体说明

击穿电压(VDSV_{DS})

  • 击穿电压(VDSV_{DS}):在室温25℃下,VGSV_{GS}=0V时,漏极D与源极S之间的所能承受的最大电压。
  • 在选择MOS管时,首先需要关注该参数,当在实际应用中,若在漏极D与源极S之间的电压超过了击穿电压,会导致MOS管烧毁。
  • 还需注意,手册中标注的击穿电压Vds一般是在室温25℃的环境下测得的。当环境温度变化时,MOS管的击穿电压也会随温度的升高而升高,或随温度的降低而降低。故当MOS管需要在低温环境下使用时,应注意击穿电压值应高于实际使用需求,进行降额设计。

最大GS电压(VGSV_{GS})

  • 最大GS电压(VGSV_{GS}),门极G与源极S两端的最大电压值,一般为:±20V。
  • 由于门极G与P型或N型半导体表面之间只隔了一层很薄的二氧化硅(SiO2SiO_2)绝缘层膜,故当两端电压过大时,极易导致绝缘层击穿,导致MOS管损坏
  • MOS管的输入电阻很高,而门极G-源极S之间的电容又非常小,所以极易受外界电磁场活静电感应而带电,而少量电荷就可在极间产生较高的电压(U=Q/CU=Q/C),将绝缘层击穿。故在运输焊接调试过程中,需要进行良好的静电防护。
  • 在使用过程中,可在门极G与源极S之间并联一个稳压二极管,从而增大极间电容,保护MOS管,免于外部静电或其它因素引起的高压造成MOS管损坏。
  • 还需注意,MOS管在使用时,门极G不能悬空,必须接到一个固定的电位才行,即一个确定的VGSV_{GS}值。门极悬空,会造成MOS的损坏和误操作。

导通电阻(Rds(on)R_{ds}(on))

  • 导通电阻(Rds(on)R_{ds}(on)):当在给定的环境温度与Vgs电压值的情况下,漏极D与源极S之间的导通电阻。
  • 导通电阻为正温度系数,适合并联工作。当两个MOS管并联工作时,若其中一个MOS管的电阻略小于另一个,则流过该MOS管的电流会更大,导致该MOS管升温,进而导致该MOS管电阻增大,流过该MOS管的电流随之减小,进而实现一种热平衡。
  • 导通电阻(Rds(on)R_{ds}(on))越小,导通损耗就越小;门极充电电量(QGQ_G)就越大,相应的开关速度会变慢,开关损耗就越大。

最大DS电流(IDI_D)

  • 最大DS电流(IDI_D),当在给定的环境温度与VGSV_{GS}电压值的情况下,漏极D与源极S之间的最大导通电流。
  • 由于导通电阻(RDS(on)R_{DS}(on))为正温度系数,会随着温度的升高而升高;而MOS管的最大耗散功率(Pd))与最大工作结温(TjT_j)为固定值。故最大DS电流(IDI_D)会随着温度的升高而降低。

最大结温(TJT_J)

  • 最大结温(TJT_J):最大工作结温度,通常为150℃或175℃。
  • 在实际测试使用过程中,我们只能通过测量壳体温度,再通过热阻计算结温
  • 在使用过程中,永远不能超过最大结温,通过合理的热降额确保可靠工作。

动态电容和门极G总充电电量(QGQ_G)

  • MOS管的等效模型如下图所示:
  • 动态电容和门极G总充电电量(QGQ_G),并不是一个固定值,它取决于实际的器件工作条件
  • 在将MOS管作为开关使用时,我们希望MOS管迅速打开,以降低动态损耗,故需要驱动芯片提供一个瞬间大电流。
  • 在讲MOS管作为缓启动MOS使用时,我们希望MOS管慢慢打开,从而有效抑制浪涌电流,故一方面我们可以通过串联限流电阻控制G极的充电速度,另一方面我们可以在G极与S极之间并联一个电阻从而减慢G极的充电速度。

参考:
和电源大咖一起夯基础(第一部分)