MOS管定期導通和關斷

mos管是金屬（metal）-氧化物（oxid）-半導體（semiconductor）場效應晶體管，或者稱是金屬-絕緣體（insulator）-半導體。MOS管的source和drain是可以對調的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

在開關電源應用方面，這種應用需要MOS管定期導通和關斷。比如，DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器依賴兩個MOS管來執(zhí)行開關功能，這些開關交替在電感里存儲能量，然后把能量釋放給負載。我們常選擇數(shù)百kHz乃至1MHz以上的頻率，因為頻率越高，磁性元件可以更小更輕。在正常工作期間，MOS管只相當于一個導體。因此，我們電路或者電源設計人員最關心的是MOS的最小傳導損耗。

我們經?？碝OS管的PDF參數(shù)，MOS管制造商采用RDS（ON）參數(shù)來定義導通阻抗，對開關應用來說，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)。一直處于導通的MOS管很容易發(fā)熱。另外，慢慢升高的結溫也會導致RDS（ON）的增加。MOS管數(shù)據(jù)手冊規(guī)定了熱阻抗參數(shù)，其定義為MOS管封裝的半導體結散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結到管殼的熱阻抗。

其發(fā)熱情況有：

1.電路設計的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關狀態(tài)。這也是導致MOS管發(fā)熱的一個原因。如果N-MOS做開關，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤。

2.頻率太高，主要是有時過分追求體積，導致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了。

3.沒有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴重，需要足夠的輔助散熱片。

4.MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內阻沒有充分考慮，導致開關阻抗增大。

MOSFET開通時間和關斷時間定義

（一）在應用過程中，以下幾個特性是經常需要考慮的：

1、V（BR）DSS 的正溫度系數(shù)特性。這一有異于雙極型器件的特性使得其在正常工作溫度升高后變得更可靠。但也需要留意其在低溫冷啟機時的可靠性。

2、 V（GS）th 的負溫度系數(shù)特性。柵極門檻電位隨著結溫的升高會有一定的減小。一些輻射也會使得此門檻電位減小，甚至可能低于0電位。這一特性需要工程師注意MOSFET在此些情況下的干擾誤觸發(fā)，尤其是低門檻電位的MOSFET應用。因這一特性，有時需要將柵極驅動的關閉電位設計成負值（指 N 型，P 型類推）以避免干擾誤觸發(fā)。

3、VDSon/RDSon 的正溫度系數(shù)特性。VDSon/RDSon 隨著結溫的升高而略有增大的特性使得MOSFET的直接并聯(lián)使用變得可能。雙極型器件在此方面恰好相反，故其并聯(lián)使用變得相當復雜化。RDSon也會隨著ID的增大而略有增大，這一特性以及結和面RDSon正溫度特性使得MOSFET避免了象雙極型器件那樣的二次擊穿。 但要注意此特性效果相當有限，在并聯(lián)使用、推挽使用或其它應用時不可完全依賴此特性的自我調節(jié)，仍需要一些根本措施。這一特性也說明了導通損耗會在高溫時變得更大。故在損耗計算時應特別留意參數(shù)的選擇。

4、ID的負溫度系數(shù)特性，MOSFET參數(shù)理解及其主要特性ID會隨著結溫度升高而有相當大的減額。這一特性使得在設計時往往需要考慮的是其在高溫時的ID參數(shù)。

5、雪崩能力IER/EAS的負溫度系數(shù)特性。結溫度升高后，雖然會使得MOSFET具有更大的 V（BR）DSS ，但是要注意EAS會有相當大的減額。也就是說高溫條件下其承受雪崩的能力相對于常溫而言要弱很多。

6、MOSFET 的體內寄生二極管導通能力及反向恢復表現(xiàn)并不比普通二極管好。在設計中并不期望利用其作為回路主要的電流載體。往往會串接阻攔二極管使體內寄生二極管無效，并通過額外并聯(lián)二極管構成回路電載體。但在同步整流等短時間導通或一些小電流要求的情況下是可以考慮將其作為載體的。

7、漏極電位的快速上升有可能會發(fā)生柵極驅動的假觸發(fā)現(xiàn)象 （spurious-trigger） ，故在很大的 dVDS/dt 應用場合（高頻快速開關電路）需要考慮這方面的可能性。

功率MOSFET的開通和關斷過程原理

1）：開通和關斷過程實驗電路?

（2）：MOSFET的電壓和電流波形：

（3）：開關過程原理：???

開通過程［40~tt］：?

在t0前，MOSFET工作于截止狀態(tài)，t0時，MOSFET被驅動開通；?

［t0-t1］區(qū)間，MOSFET的GS電壓經Vgg對Cgs充電而上升，在t1時刻，到達維持電壓Vth，MOSFET開始導電；?

［t1-t2］區(qū)間，MOSFET的DS電流增加，Millier電容在該區(qū)間內因DS電容的放電而放電，對GS電容的充電影響不大；?

［t2-t3］區(qū)間，至t2時刻，MOSFET的DS電壓降至與Vgs相同的電壓，Millier電容大大增加，外部驅動電壓對Millier電容進行充電，GS電容的電壓不變，Millier電容上電壓增加，而DS電容上的電壓繼續(xù)減小；?

［t3-t4］區(qū)間，至t3時刻，MOSFET的DS電壓降至飽和導通時的電壓，Millier電容變小并和GS電容一起由外部驅動電壓充電，GS電容的電壓上升，至t4時刻為止。此時GS電容電壓已達穩(wěn)態(tài)，DS電壓也達最小，即穩(wěn)定的通態(tài)壓降。

關斷過程［95~tt］：?

在t5前，MOSFET工作于導通狀態(tài)，t5時，MOSFET被驅動關斷；?

［t5-t6］區(qū)間，MOSFET的Cgs電壓經驅動電路電阻放電而下降，在t6時刻，MOSFET的通態(tài)電阻微微上升，DS電壓梢稍增加，但DS電流不變；?

［t6-t7］區(qū)間，在t6時刻，MOSFET的Millier電容又變得很大，故GS電容的電壓不變，放電電流流過Millier電容，使DS電壓繼續(xù)增加；?

［t7-t8］區(qū)間，至t7時刻，MOSFET的DS電壓升至與Vgs相同的電壓，Millier電容迅速減小，GS電容開始繼續(xù)放電，此時DS電容上的電壓迅速上升，DS電流則迅速下降；?

［t8-t9］區(qū)間，至t8時刻，GS電容已放電至Vth，MOSFET完全關斷；該區(qū)間內GS電容繼續(xù)放電直至零。?