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MOS管參數解釋

2017-10-12

MOS管介紹

       在使用MOS管設計開關電源或者馬達驅動電路的時候,一般都要考慮MOS的導通電阻,最大電壓等,最大電流等因素。

       MOSFET管是FET的一種,可以被制造成增強型或耗盡型P溝道N溝道共4種類型,一般主要應用的為增強型的NMOS管和增強型的PMOS管,所以通常提到的就是這兩種。

       這兩種增強型MOS管,比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小且容易制造。所以開關電源和馬達驅動的應用中,一般都用NMOS。

       在MOS管內部,漏極和源極之間會寄生一個二極管。這個叫體二極管,在驅動感性負載(如馬達),這個二極管很重要,并且只在單個的MOS管中存在此二極管,在集成電路芯片內部通常是沒有的。

       MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在,這不是我們需要的,而是由于制造工藝限制產生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些,但沒有辦法避免。  

圖片3.png

MOS管導通特性

      導通的意思是作為開關,相當于開關閉合。

      NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會導通,適合用于源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到一定電壓(如4V或10V, 其他電壓,看手冊)就可以了。

PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導通,適合用于源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由于導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅動中,通常還是使用NMOS。

MOS開關管損失

       不管是NMOS還是PMOS,導通后都有導通電阻存在,因而在DS間流過電流的同時,兩端還會有電壓,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗。現在的小功率MOS管導通電阻一般在幾毫歐,幾十毫歐左右

       MOS在導通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程,流過的電流有一個上升的過程,在這段時間內,MOS管的損失是電壓和電流的乘積,叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多,而且開關頻率越快,導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大。降低開關時間,可以減小每次導通時的損失;降低開關頻率,可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。

MOS管驅動

       MOS管導通不需要電流,只要GS電壓高于一定的值,就可以了。但是,我們還需要速度。

       在MOS管的結構中可以看到,在GS,GD之間存在寄生電容,而MOS管的驅動,實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流,因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路,所以瞬間電流會比較大。選擇/設計MOS管驅動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。

       普遍用于高端驅動的NMOS,導通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時柵極電壓要比VCC大(4V或10V其他電壓,看手冊)。如果在同一個系統里,要得到比VCC大的電壓,就要專門的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵,要注意的是應該選擇合適的外接電容,以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。
Mosfet參數含義說明
Features:

Vds:    DS擊穿電壓.當Vgs=0V時,MOS的DS所能承受的最大電壓
Rds(on):DS的導通電阻.當Vgs=10V時,MOS的DS之間的電阻
Id:     最大DS電流.會隨溫度的升高而降低
Vgs:     最大GS電壓.一般為:-20V~+20V
Idm:     最大脈沖DS電流.會隨溫度的升高而降低,體現一個抗沖擊能力,跟脈沖時間也有關系
Pd:      最大耗散功率
Tj:      最大工作結溫,通常為150度和175度
Tstg:    最大存儲溫度
Iar:     雪崩電流
Ear:     重復雪崩擊穿能量
Eas:     單次脈沖雪崩擊穿能量
BVdss:  DS擊穿電壓
Idss:    飽和DS電流,uA級的電流
Igss:    GS驅動電流,nA級的電流.
gfs:     跨導
Qg:      G總充電電量
Qgs:     GS充電電量
Qgd:     GD充電電量
Td(on):  導通延遲時間,從有輸入電壓上升到10%開始到Vds下降到其幅值90%的時間
Tr:      上升時間,輸出電壓 VDS 從 90% 下降到其幅值 10% 的時間
Td(off): 關斷延遲時間,輸入電壓下降到 90% 開始到 VDS 上升到其關斷電壓時 10% 的時間
Tf:      下降時間,輸出電壓 VDS 從 10% 上升到其幅值 90% 的時間 ( 參考圖 4) 。
Ciss:    輸入電容,Ciss=Cgd + Cgs.
Coss:    輸出電容,Coss=Cds +Cgd.
Crss:    反向傳輸電容,Crss=Cgc.

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