mos管并聯(lián)電容的工作原理與方法解析-mos并聯(lián)均流技術(shù)-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-05-28
mos管并聯(lián)電容,并聯(lián)是元件之間的一種連接方式，其特點(diǎn)是將2個(gè)同類(lèi)或不同類(lèi)的元件、器件等首首相接，同時(shí)尾尾亦相連的一種連接方式。通常是用來(lái)指電路中電子元件的連接方式，即并聯(lián)電路。
MOS管并聯(lián)方法，為了使并聯(lián)電路中每個(gè)MOS管盡可能的均流，在設(shè)計(jì)并聯(lián)電路時(shí)需要考慮如下要素 ：
1、飽和壓降VDs或?qū)≧DSon：對(duì)所有并聯(lián)的MOS管而言 ，導(dǎo)通時(shí)其管壓降是相同的，其結(jié)果必然是飽和電壓小的MOS管先流過(guò)較大的電流 ，隨著結(jié)溫的升高，管壓降逐漸增大，則流過(guò)管壓降大的MOS管的電流又會(huì)逐漸增大，從而減輕管壓降小的MOS管的工作壓力。因此，從原理上講，由于N溝道功率型MOS管的飽和壓降VDs或?qū)娮鑂DSon具有正的溫度特性 ，是很適合并聯(lián)的。
2、開(kāi)啟電壓VGS（th）：在同一驅(qū)動(dòng)脈沖作用下 ，開(kāi)啟電壓VGS（th）的不同，會(huì)引起MOS管的開(kāi)通時(shí)刻不同，進(jìn)而會(huì)引起先開(kāi)通的MOS管首先流過(guò)整個(gè)回路的電流，如果此時(shí)電流偏大,不加以限制 ，則對(duì)MOS管的安全工作 造成威脅；
3、開(kāi)通、關(guān)斷延遲時(shí)間Td(on)、td(off)；開(kāi)通上升、關(guān)斷下降時(shí)間tr、tf:同樣，在同一驅(qū)動(dòng)脈沖作用下，td(on)、td(off)、tr 、tf的不同 ，也會(huì)引起MOS管的開(kāi)通／關(guān)斷時(shí)刻不同，進(jìn)而會(huì)引起先開(kāi)通／后關(guān)斷的MOS 管流過(guò)整個(gè)回路的電流，如果此時(shí)電流偏大，不加以限制，則同樣對(duì)MOS 管的安全工作造成威脅。
4、驅(qū)動(dòng)極回路的驅(qū)動(dòng)輸入電阻、等效輸入 電容、等效輸入電感等，均會(huì)造成引起MOS管的開(kāi)通／關(guān)斷時(shí)刻不同。從上所述 ，可以看出，只要保證無(wú)論在開(kāi)通、關(guān)斷、導(dǎo)通的過(guò)程流過(guò)MOS管的 電流均使MOS管工作在安全工作區(qū)內(nèi)，則MOS管的安全工作得到保障。為此，本文提出一種MOS管的新的并聯(lián)方法，著重于均流方面的研究，可有效的保證MOS管工作在安全工作區(qū)內(nèi)，提高并聯(lián)電路的工作可靠性。
（一）MOS管并聯(lián)方法電路圖
以3只IR公司的IRF2807 MOS管并聯(lián)試驗(yàn)為例，工作電路圖如圖1 。
（二）MOS管并聯(lián)工作原理
在圖1中，采用對(duì)每個(gè)并聯(lián)的MOS管單獨(dú)實(shí)限流技術(shù)來(lái)限制流過(guò)每個(gè)MOS管的電流。具體方法如下 ：
在每個(gè)MOS管串聯(lián)作電流檢測(cè)用的采樣電阻(圖中的RlO、Rll、R12)，實(shí)時(shí)對(duì)流過(guò)每個(gè)MOS管的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。3路分流器的采集信號(hào)均送人4比較器LM339，作為判斷是否過(guò)流的依據(jù)：只要流過(guò)任何一個(gè)MOS管的電流超過(guò)對(duì)其所限定的電流保護(hù)值，則控制回路依據(jù)送出的過(guò)流保護(hù)信號(hào)馬上 限制驅(qū)動(dòng)脈沖的開(kāi)度，保證當(dāng)前流過(guò)每個(gè)MOS管的電流不超過(guò)所限定的電保護(hù)值 。
在圖1中,如果在PW Nin驅(qū)動(dòng)脈沖加入后 ，假定MOS1先開(kāi)通,MOS2、MOS3暫時(shí)未開(kāi)通 ，則電流只能先流過(guò)MOS1，而且電流被限制在其限制值以內(nèi)；接著MOS2又開(kāi)通，則部分原先流過(guò)MOS1的電流會(huì)被分流到MOS2 ，必然引起流過(guò)MOS1的電流小于其限制值，于是過(guò)流信號(hào)消失，PW Nin驅(qū)動(dòng)脈沖開(kāi)度加大 ，直至電流 重新到達(dá)MOS1或MOS2的電流限制點(diǎn)后，PW Nin驅(qū)動(dòng)脈沖才會(huì)停止增加。以后MOS3導(dǎo)通的又重復(fù)上述的電流分配過(guò)程 ，直至到達(dá)新的電流平衡。同理，可分析MOS管任何時(shí)刻單個(gè)或多個(gè)導(dǎo)通時(shí)電流的自行分配過(guò)程 。
MOS管并聯(lián)方法均流技術(shù)，雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后，在輸出端輸出#FormaTImgID_0#N溝道m(xù)os管符號(hào)一個(gè)大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比（beta）。另一種晶體管，叫做場(chǎng)效應(yīng)管（FET），把輸入電壓的變化轉(zhuǎn)化為輸出電流的變化。FET的增益等于它的transconductance， 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。市面上常有的一般為N溝道和P溝道，詳情參考右側(cè)圖片（N溝道耗盡型MOS管）。而P溝道常見(jiàn)的為低壓mos管。
場(chǎng)效應(yīng)管通過(guò)投影#FormaTImgID_1#P溝道m(xù)os管符號(hào)一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)絕緣層上來(lái)影響流過(guò)晶體管的電流。事實(shí)上沒(méi)有電流流過(guò)這個(gè)絕緣體，所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來(lái)作為GATE極下的絕緣體。這種晶體管稱(chēng)為金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）晶體管，或，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。因?yàn)镸OS管更小更省電，所以他們已經(jīng)在很多應(yīng)用場(chǎng)合取代了雙極型晶體管。
由于MOS管中存在著明顯的電容結(jié)構(gòu)，因此可以用MOS器件制作成一個(gè)電容使用。如果一個(gè)NMOS管的源、漏、襯底都接地而柵電壓接正電壓，當(dāng)VG上升并達(dá)到Vth時(shí)在多晶硅下的襯底表面將開(kāi)始出現(xiàn)一反型層。在這種條件下NMOS可看成一個(gè)二端器件，并且不同的柵壓會(huì)產(chǎn)生厚度不一樣的反型層，從而有不同的電容值。
(1)耗盡型區(qū)：柵壓為一很負(fù)的值，柵上的負(fù)電壓就會(huì)把襯底中的空穴吸引到氧化層表面，即構(gòu)成了積累區(qū)，此時(shí)，由于只有積累區(qū)出現(xiàn)，而無(wú)反型層，且積累層的厚度很厚，因此積累層的電容可以忽略。故此時(shí)的NMOS管可以看成一個(gè)單位面積電容為Cox的電容，其中間介質(zhì)則為柵氧。當(dāng)VGS上升時(shí)，襯底表面的空穴濃度下降，積累層厚度減小，則積累層電容；增大，該電容與柵氧電容相串聯(lián)后使總電容減小，直至VGs趨于0，積累層消失，當(dāng)VGS略大于o時(shí)，在柵氧下產(chǎn)生了耗盡層，總電容最小。
(2)弱反型區(qū)：VGS繼續(xù)上升，則在柵氧下面就產(chǎn)生耗盡層，并開(kāi)始出現(xiàn)反型層，該器件進(jìn)入了弱反型區(qū)，在這種模式下，其電容由Cox與Cb串聯(lián)而成，并隨VGS的增人，其電容量逐步增大。
(3)強(qiáng)反型區(qū)：當(dāng)VGS超過(guò)Vth，其二氧化硅表面則保持為一溝道，且其單位電容又為Cox。下圖顯示了這些工作狀態(tài)。
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