功率mos管 如何看懂功率mos管的工作原理,詳解！
信息來源：本站 日期：2017-10-11
功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。一般直接驅動負載，帶載能力要強。
功率MOSFET是較常使用的一類功率器件。“MOSFET”是英文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的縮寫，譯成中文是“金屬氧化物半導體場效應管”。它是由金屬、氧化物(SiO2或SiN)及半導體三種材料制成的器件。所謂功率MOSFET(PowerMOSFET)是指它能輸出較大的工作電流(幾安到幾十安)，用于功率輸出級的器件。功率MOSFET可分為增強型和耗盡型，按溝道分又可分為N溝道型和P溝道型。
做開關電源，常用功率MOSFET。一般而言，MOS管制造商采用RDS(ON)參數(shù)來定義導通阻抗;對ORing FET應用來說，RDS(ON)也是最重要的器件特性。數(shù)據(jù)手冊定義RDS(ON)與柵極(或驅動)電壓VGS以及流經(jīng)開關的電流有關，但對于充分的柵極驅動，RDS(ON)是一個相對靜態(tài)參數(shù)。
若設計人員試圖開發(fā)尺寸最小、成本最低的電源，低導通阻抗更是加倍的重要。在電源設計中，每個電源常常需要多個ORing MOS管并行工作，需要多個器件來把電流傳送給負載。在許多情況下，設計人員必須并聯(lián)MOS管，以有效降低RDS(ON)。在DC電路中，并聯(lián)電阻性負載的等效阻抗小于每個負載單獨的阻抗值。比如，兩個并聯(lián)的2Ω電阻相當于一個1Ω的電阻。因此，一般來說，一個低RDS(ON)值的MOS管，具備大額定電流，就可以讓設計人員把電源中所用MOS管的數(shù)目減至最少。
除了RDS(ON)之外，在MOS管的選擇過程中還有幾個MOS管參數(shù)也對電源設計人員非常重要。許多情況下，設計人員應該密切關注數(shù)據(jù)手冊上的安全工作區(qū)(SOA)曲線，該曲線同時描述了漏極電流和漏源電壓的關系?；旧?，SOA定義了MOSFET能夠安全工作的電源電壓和電流。在ORing FET應用中，首要問題是：在"完全導通狀態(tài)"下FET的電流傳送能力。實際上無需SOA曲線也可以獲得漏極電流值。
MOSFET在關斷瞬間，會承受到最大的電壓沖擊，這個最大電壓跟負載有很大關系：如果是阻性負載，那就是來自VCC端的電壓，但還需要考慮電源本身的質量，如果電源質量不佳，需要在前級加些必要的保護措施;如果是感性負載，那承受的電壓會大不少，因為電感在關斷瞬間會產(chǎn)生感生電動勢(電磁感應定律)，其方向與VCC方向相同(楞次定律)，承受的最大電壓為VCC與感生電動勢之和;如果是變壓器負載的話，在感性負載基礎上還需要再加上漏感引起的感應電動勢。
對于以上幾種負載情況，在計算出(或測出)最大電壓后，再留有20%~30%的裕量，就可以確定所需要的MOSFET的額定電壓VDS值。在這里需要說的是，為了更好的成本和更穩(wěn)定的性能，可以選擇在感性負載上并聯(lián)續(xù)流二極管與電感在關斷時構成續(xù)流回路，釋放掉感生能量來保護MOSFET，如果必要，還可以再加上RC緩沖電路(Snubber)來抑制電壓尖峰。(注意二極管方向不要接反。當然，你也可以直接選擇VDS足夠大的MOSFET，前提是你不care成本。)
額定電壓確定后，電流就可以計算出來了。但這里需要考慮兩個參數(shù)：一個是連續(xù)工作電流值和脈沖電流尖峰值(Spike和Surge)，這兩個參數(shù)決定你應該選多大的額定電流值。
場效應管是根據(jù)三極管的原理開發(fā)出的新一代放大元件，功率MOSFET場效應管具有負的電流溫度系數(shù)，可以避免它工作的熱不穩(wěn)定性和二次擊穿，適合于大功率和大電流工作條件下的應用。功率MOSFET場效應管從驅動模式上看，屬于電壓型驅動控制元件，驅動電路的設計比較簡單，所需驅動功率很小。采用功率MOSFET場效應作為開關電源中的功率開關，在啟動或穩(wěn)態(tài)工作條件下，功率MOSFET場效應管的峰值電流要比采用雙極型功率晶體管小得多。功率場效應管與雙極型功率晶體管之間的特性比較如下：
1. 驅動方式：場效應管是電壓驅動，電路設計比較簡單，驅動功率小;功率晶體管是電流驅動，設計較復雜，驅動條件選擇困難，驅動條件會影響開關速度。
2. 開關速度：場效應管無少數(shù)載流子存儲效應，溫度影響小，開關工作頻率可達150KHz以上;功率晶體管有少數(shù)載流子存儲時間限制其開關速度，工作頻率一般不超過50KHz。
3. 安全工作區(qū)：功率場效應管無二次擊穿，安全工作區(qū)寬;功率晶體管存在二次擊穿現(xiàn)象，限制了安全工作區(qū)。
4. 導體電壓：功率場效應管屬于高電壓型，導通電壓較高，有正溫度系數(shù);功率晶體管無論耐電壓的高低，導體電壓均較低，具有負溫度系數(shù)。
5. 峰值電流：功率場效應管在開關電源中用做開關時，在啟動和穩(wěn)態(tài)工作時，峰值電流較低;而功率晶體管在啟動和穩(wěn)態(tài)工作時，峰值電流較高。
6. 產(chǎn)品成本：功率場效應管的成本略高;功率晶體管的成本稍低。
7. 熱擊穿效應：功率場效應管無熱擊穿效應;功率晶體管有熱擊穿效應。
8. 開關損耗：場效應管的開關損耗很小;功率晶體管的開關損耗比較大。
另外，功率MOSFET場效應管大多集成有阻尼二極管，而雙極型功率晶體管大多沒有集成阻尼二極管。場效應管內(nèi)的阻尼二極管可以為開關電源感性線圈提供無功電流通路。所以，當場效應管的源極電位高于漏極時，這個阻尼二極管導通，但在開關電源中不能使用這個阻尼二極管，需要另外并聯(lián)超快速二極管。場效應管內(nèi)的阻尼二極管在關斷過程中與一般二極管一樣存在反向恢復電流。此時二極管一方面承受著漏-源極之間急劇上升的電壓，另一方面又有反向恢復電流流過。
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