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 高 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 低 的电压驱动
• 不需要更高的电压驱动，驱动简单

记忆小tips

1. MOS管的源极S的连线始终为两根，漏极D的连线始终为一根。
2. PMOS管的箭头方向指向外侧，NMOS管的箭头方向指向内侧。
3. 体二极管的电流流向与MOS管的箭头指向相同。

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($V_{DS}$)

• 击穿电压($V_{DS}$)：在室温25℃下，$V_{GS}$=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($V_{GS}$)

• 最大GS电压($V_{GS}$)，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($SiO_2$)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($U=Q/C$)，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，对G极的电压进行钳位；或在门极G与源极S之间并联一个电容，通过增大极间电容的方式来降低G极上的电压，从而保护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$V_{GS}$值。门极悬空，会造成MOS的损坏和误操作。

导通电阻($R_{ds}(on)$)

• 导通电阻($R_{ds}(on)$)：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($R_{ds}(on)$)越小，导通损耗就越小；门极充电电量($Q_G$)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($I_D$)

• 最大DS电流($I_D$)，当在给定的环境温度与$V_{GS}$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($R_{DS}(on)$)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($T_j$)为固定值。故最大DS电流($I_D$)会随着温度的升高而降低。

最大结温($T_J$)

• 最大结温($T_J$)：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($Q_G$)

• 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($Q_G$)，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）