MOSFET最基本的東西，看完就懂了

2022-03-17 1389

什麼是MOSFET？

MOSFET的本義是：MOS(Metal Oxide Semiconductor)、FET(Field Effect Transistor)，即隔著氧化層（O）與金屬層（M）的閘極透過電場作用來控制半導體（S）的場效電晶體。功率MOSFET的結構

功率MOSFET的內部結構及電氣符號如圖所示，可分為NPN型及PNP型。 NPN型通常稱為n溝道型，PNP型通常稱為p溝道型。從圖中可以看出。如圖1所示，N通道FET的源極和汲極連接至N型半導體，P通道FET的源極和汲極連接至P型半導體。我們知道，一般三極管是透過輸入電流來控制輸出電流的。然而，對於 FET，其輸出電流由輸入電壓（或場電壓）控制。可以認為輸入電流很小或沒有輸入電流，這使得元件具有很高的輸入阻抗，這就是我們稱之為FET的原因。

功率MOSFET的工作原理

截止：汲極和源極之間加正電源，閘極和源極之間電壓為零。 P基極區和N漂移區之間形成的PN接面J1反轉，汲極和源極之間沒有電流流動。

電導率：在閘極和源極之間施加正電壓UGS。柵極是絕緣的，因此不會有閘極電流流過。然而，閘極的正電壓會推開其下方P區的電洞，並將P區中的少數載子和電子吸引到閘極下方P區的表面。當UGS大於UT（開啟電壓或閾值電壓）時，閘極下方P區表面的電子濃度將超過電洞濃度，使P型半導體反轉為N型，成為逆溫層。反型層將形成N通道，使PN結J1消失，汲極和源極導通。功率MOSFET的基本特性

靜態特性：

其傳輸特性及輸出特性如圖2所示。

汲極電流ID與閘極源電壓UGS的關係稱為MOSFET的轉移特性，當ID較大時，ID與UGS的關係近似為線性，曲線的斜率定義為跨導Gfs。

MOSFET漏極VA特性（輸出特性）：截止區（對應GTR的截止區）；飽和區（對應GTR的放大區）；不飽和區（對應GTR的飽和區）。功率MOSFET工作在開關狀態，即在截止區和非飽和區之間來回切換。功率MOSFET的汲極和源極之間有一個寄生二極管，當在汲極和源極之間施加反向電壓時，元件導通。功率MOSFET的通態電阻具有正溫度係數，有利於元件並聯時的均流。
動態特性：

測試電路及開關過程波形如圖3所示。

Td(on)導通延遲時間－導通延遲時間是指從閘極源電壓上升到閘極驅動電壓的10%到漏電流上升到規定電流的10%的時間。Tr Rise Time-上升時間是漏極電流從10%上升到90%所需的時間。 iD 的穩態值由汲極電源電壓UE 和汲極負載電阻決定。 UGSP的大小與iD的穩態值有關。 UGS達到UGSP後，在up的作用下持續上升，直到達到穩定狀態，但iD沒有改變。 ??分閘時間ton－分閘延遲時間與上升時間之和。Td(off)關斷延遲時間－關斷延遲時間是指從閘極源電壓下降到閘極驅動電壓的90%到漏電流下降到規定電流的90%的時間。這顯示了電流傳輸到負載之前的延遲。Tf 下降時間 - 下降時間是汲極電流從 90% 下降到 10% 所需的時間。關斷時間toff－關斷延遲時間和下降時間之和。
了解MOSFET的幾個常見參數
VDS即漏源電壓，是MOSFET的一個限制參數，表示MOSFET汲極與源極之間的最大電壓。需要注意的是，此參數與結溫有關。通常，結溫越高，最大值。 RDS(on)，漏電源導通電阻，表示在一定條件下MOSFET導通時汲極與源極之間的導通電阻。此參數與MOSFET接面溫和驅動電壓Vgs有關。在一定範圍內，結溫越高，Rds越大；驅動電壓越高，Rds越小。 Q，閘極電荷，是在驅動訊號作用下閘極電壓從0V上升到終止電壓（如15V）所需的充電電荷。即MOSFET從關斷狀態到完全導通狀態所需提供的電荷量，是評估MOSFET驅動電路驅動能力的一個主要參數。 Id、汲極電流和汲極電流通常以幾種不同的方式描述。根據工作電流的形式，有連續漏極電流和具有一定脈衝寬度的脈衝汲極電流。這個參數也是MOSFET的極限參數，但是這個最大電流值不代表工作時漏極電流就能達到這個值。意思是當殼溫為某一值時，若MOSFET工作電流為上述最大汲極電流，則結溫將達到最大值。所以這個參數也跟裝置封裝和環境溫度有關。 Eoss，輸出電容能量，表示輸出電容Coss儲存在MOSFET的能量。由於MOSFET的輸出電容Coss具有明顯的非線性特性，它會隨著Vds電壓的變化而改變。因此，如果資料表提供了這個參數，那麼對評估MOSFET的開關損耗非常有幫助。並非所有 MOSFET 手冊都提供此參數，事實上，大多數數據表都沒有。 Body Diode體二極體的電流變化率di/dt反映了MOSFET體二極體的反向恢復特性。由於二極體是雙極型元件，因此受電荷儲存的影響。當二極體反向偏壓時，必須清除儲存在PN結中的電荷。上述參數反映了這項特性。 Vg，即閘極和源極的最大驅動電壓，也是MOSFET的極限參數，表示MOSFET能夠承受的最大驅動電壓，一旦驅動電壓超過這個極限，即使在很短的時間內也會對閘極氧化層造成永久性的損壞。一般來說，只要驅動電壓不超過限制，就不會出問題。但在一些特殊場合，由於寄生參數的存在，會對Vgs電壓產生意想不到的影響，需要特別注意。 SOA，安全工作區，每個MOSFET都會給出其安全工作區。不同的雙極型電晶體和功率MOSFET不會出現二次擊穿，因此安全工作區簡單定義為結溫達到最大允許值時的耗散功率。
功率MOSFET的選擇原則知道了MOSFET參數的意義，那麼如何根據廠商的產品手冊來選擇符合自己需求的產品呢？選擇正確的 MOSFET 有四個步驟。1) 通道選擇為設計選擇合適元件的第一步是決定使用 N 通道還是 P 通道 MOSFET。在典型的電源應用中，當 MOSFET 接地且負載連接到主電壓時，MOSFET 構成低電壓側開關。在低壓側開關中，由於考慮關閉或導通元件所需的電壓，應採用N通道MOSFET。當MOSFET連接到總線並且負載接地時，請使用高壓側開關。此拓樸通常採用P溝道MOSFET，這也是出於電壓驅動的考量。 2）電壓、電流的選擇額定電壓越高，設備的成本越高。根據實務經驗，額定電壓應大於市電電壓或母線電壓。這樣才能提供足夠的保護，使MOSFET不會失效。就 MOSFET 的選擇而言，需要確定汲極和源極之間的最大電壓，即最大 VDS。設計工程師需要考慮的其他安全因素包括由開關電子設備（例如馬達或變壓器）引起的電壓瞬變。不同應用場合的額定電壓也不同；通常便攜式設備為20V，FPGA電源為20~30V，85~220VAC應用為450~600V V。在連續導通模式下，MOSFET處於穩態，電流會連續通過元件。脈衝尖峰是指流過元件的大量突波（或稱尖峰電流）。一旦確定了這些條件下的最大電流，只需直接選擇能夠承受該最大電流的裝置即可。 ?3）傳導損耗的計算MOSFET元件的功率損耗可以透過Iload2×計算根據RDS(ON)計算，由於導通電阻隨溫度變化，功耗也會成比例變化。對於便攜式設計，使用較低電壓更容易（更常見），而對於工業設計，可以使用較高電壓。請注意，RDS(ON) 電阻會隨著電流的增加而略有上升。 RDS(ON)電阻的各種電氣參數的變化可以在製造商提供的技術資料表中找到。 4）計算系統的散熱需要設計者考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實情況。建議採用最壞情況的計算結果，因為此結果提供了較大的安全裕度，可以確保系統不會故障。 MOSFET數據手冊中有一些需要注意的測量數據；如封裝裝置的半導體結與環境之間的熱阻、最高結溫等。事實上，開關損耗也是一個非常重要的指標。瞬時電壓電流乘積相當大，在一定程度上決定了裝置的開關性能。然而，如果系統要求較高的開關性能，則可以選擇閘極電荷QG較低的功率MOSFET。

免責聲明：本文轉載自《電子工程師筆記》。本文僅代表作者個人觀點，並不代表Sacco Micro及業界的觀點。僅供轉載分享，支持保護智慧財產權。轉載時請註明原出處及作者。如有侵權，請聯絡我們刪除。

公司電話：+86-0755-83044319
傳真/傳真：+86-0755-83975897
郵箱：1615456225@qq.com
QQ：3518641314 李經理
QQ：332496225 邱經理
地址：深圳市龍華新區民治大道809號展濤科技大樓C座1079室

前一則

Slkor Micro Semiconductor公司取得晶閘管加熱裝置實用新型專利

下一則

Slkor 抓住時機，免費提供 20 款熱門機型——國內替代產品