MOS管选型注重的参数及使用注意事项KIAMOS管

一、MOS管选型注重的参数

1、负载电流IL --它直接决定于MOSFET的输出能力&＃xff1b;

2、输入-输出电压–它受MOSFET负载占空比能力限制&＃xff1b;

3、开关频率FS–参数影响MOSFET开关瞬间的耗散功率&＃xff1b;

4、 MOS管最大允许工作温度–这要满足系统指定的可靠性目标。

二、MOS管主要参数及使用

在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候&＃xff0c;一般都要考虑MOS的导通电阻&＃xff0c;最大电压等&＃xff0c;最大电流等因素。

MOSFET管是FET的一种&＃xff0c;可以被制造成增强型或耗尽型&＃xff0c;P沟道或N沟道共4种类型&＃xff0c;一般主要应用的为增强型的NMOS管和增强型的PMOS管&＃xff0c;所以通常提到的就是这两种。

这两种增强型MOS管&＃xff0c;比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中&＃xff0c;一般都用NMOS。

在MOS管内部&＃xff0c;漏极和源极之间会寄生一个二极管。这个叫体二极管&＃xff0c;在驱动感性负载(如马达)&＃xff0c;这个二极管很重要&＃xff0c;并且只在单个的MOS管中存在此二极管&＃xff0c;在集成电路芯片内部通常是没有的。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在&＃xff0c;这不是我们需要的&＃xff0c;而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些&＃xff0c;但没有办法避免。

&＃xff08;一&＃xff09;MOS管导通特性

导通的意思是作为开关&＃xff0c;相当于开关闭合。
NMOS的特性&＃xff0c;Vgs大于一定的值就会导通&＃xff0c;适合用于源极接地时的情况(低端驱动)&＃xff0c;只要栅极电压达到一定电压&＃xff08;如4V或10V,其他电压&＃xff0c;看手册&＃xff09;就可以了。

PMOS的特性&＃xff0c;Vgs小于一定的值就会导通&＃xff0c;适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是&＃xff0c;虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动&＃xff0c;但由于导通电阻大&＃xff0c;价格贵&＃xff0c;替换种类少等原因&＃xff0c;在高端驱动中&＃xff0c;通常还是使用NMOS。

&＃xff08;二&＃xff09;MOS开关管损失

不管是NMOS还是PMOS&＃xff0c;导通后都有导通电阻存在&＃xff0c;因而在DS间流过电流的同时&＃xff0c;两端还会有电压&＃xff0c;这样电流就会在这个电阻上消耗能量&＃xff0c;这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几毫欧&＃xff0c;几十毫欧左右。

MOS在导通和截止的时候&＃xff0c;一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程&＃xff0c;流过的电流有一个上升的过程&＃xff0c;在这段时间内&＃xff0c;MOS管的损失是电压和电流的乘积&＃xff0c;叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多&＃xff0c;而且开关频率越快&＃xff0c;导通瞬间电压和电流的乘积很大&＃xff0c;造成的损失也就很大。降低开关时间&＃xff0c;可以减小每次导通时的损失&＃xff1b;降低开关频率&＃xff0c;可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。

&＃xff08;三&＃xff09;MOS管驱动
MOS管导通不需要电流&＃xff0c;只要GS电压高于一定的值&＃xff0c;就可以了。但是&＃xff0c;我们还需要速度。

在MOS管的结构中可以看到&＃xff0c;在GS&＃xff0c;GD之间存在寄生电容&＃xff0c;而MOS管的驱动&＃xff0c;实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流&＃xff0c;因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路&＃xff0c;所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。

普遍用于高端驱动的NMOS&＃xff0c;导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同&＃xff0c;所以这时栅极电压要比VCC大(4V或10V其他电压&＃xff0c;看手册)。如果在同一个系统里&＃xff0c;要得到比VCC大的电压&＃xff0c;就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵&＃xff0c;要注意的是应该选择合适的外接电容&＃xff0c;以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

三、MOS管选型注意事项

第一步&＃xff1a;选用N沟道还是P沟道

低压侧开关选N-MOS&＃xff0c;高压侧开关选P-MOS

根据电路要求选择确定VDS&＃xff0c;VDS要大于干线电压或总线电压。这样才能提供足够的保护&＃xff0c;使MOS管不会失效。

第二步&＃xff1a;确定额定电流

额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似&＃xff0c;设计人员必须确保所选的MOS管能承受这个额定电流&＃xff0c;即使在系统产生尖峰电流时。

MOS管并不是理想的器件&＃xff0c;因为在导电过程中会有电能损耗&＃xff0c;这称之为导通损耗。

MOS管在“导通”时就像一个可变电阻&＃xff0c;由器件的RDS&＃xff08;ON&＃xff09;所确定&＃xff0c;并随温度而显著变化。

器件的功率耗损可由Iload2×RDS&＃xff08;ON&＃xff09;计算&＃xff0c;由于导通电阻随温度变化&＃xff0c;因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOS管施加的电压VGS越高&＃xff0c;RDS&＃xff08;ON&＃xff09;就会越小&＃xff1b;反之RDS&＃xff08;ON&＃xff09;就会越高。

第三步&＃xff1a;确定热要求

器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积&＃xff08;结温&＃61;最大环境温度&＃43;&＃xff3b;热阻×功率耗散&＃xff3d;&＃xff09;。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散&＃xff0c;即按定义相等于I2×RDS&＃xff08;ON&＃xff09;。

第四步&＃xff1a;决定开关性能

选择MOS管的最后一步是决定MOS管的开关性能。影响开关性能的参数有很多&＃xff0c;但最重要的是栅极/漏极、栅极/ 源极及漏极/源极电容。这些电容会在器件中产生开关损耗&＃xff0c;因为在每次开关时都要对它们充电。MOS管的开关速度因此被降低&＃xff0c;器件效率也下降。

四、Mosfet参数含义说明

Vds&＃xff1a;DS击穿电压.当Vgs&＃61;0V时&＃xff0c;MOS的DS所能承受的最大电压

Rds(on)&＃xff1a;DS的导通电阻.当Vgs&＃61;10V时&＃xff0c;MOS的DS之间的电阻

Id&＃xff1a;最大DS电流.会随温度的升高而降低

Vgs:最大GS电压.一般为&＃xff1a;-20V~&＃43;20VI

dm:最大脉冲DS电流.会随温度的升高而降低&＃xff0c;体现一个抗冲击能力&＃xff0c;跟脉冲时间也有关系

Pd:最大耗散功率

Tj:最大工作结温&＃xff0c;通常为150度和175度

Tstg:最大存储温度

Iar:雪崩电流

Ear:重复雪崩击穿能量

Eas:单次脉冲雪崩击穿能量

BVdss&＃xff1a;DS击穿电压

Idss:饱和DS电流&＃xff0c;uA级的电流

Igss:GS驱动电流&＃xff0c;nA级的电流.

gfs:跨导

Qg:G总充电电量

Qgs:GS充电电量

Qgd:GD充电电量

Td(on):导通延迟时间&＃xff0c;从有输入电压上升到10%开始到Vds下降到其幅值90%的时间

Tr:上升时间&＃xff0c;输出电压VDS从90%下降到其幅值10%的时间

Td(off):关断延迟时间&＃xff0c;输入电压下降到90%开始到VDS上升到其关断电压时10%的时间

Tf:下降时间&＃xff0c;输出电压VDS从10%上升到其幅值90%的时间(参考图4)。

Ciss:输入电容&＃xff0c;Ciss&＃61;Cgd&＃43;Cgs.

Coss:输出电容&＃xff0c;Coss&＃61;Cds&＃43;Cgd.

Crss:反向传输电容&＃xff0c;Crss&＃61;Cgc.

五、结束

MOS管广泛使用在模拟电路与数字电路中&＃xff0c;和我们的生活密不可分。MOS管的优势在于&＃xff1a;首先驱动电路比较简单。MOS管需要的驱动电流比BJT则小得多&＃xff0c;而且通常可以直接由CMOS或者集电极开路TTL驱动电路驱动&＃xff1b;其次MOS管的开关速度比较迅速&＃xff0c;能够以较高的速度工作&＃xff0c;因为没有电荷存储效应&＃xff1b;另外MOS管没有二次击穿失效机理&＃xff0c;它在温度越高时往往耐力越强&＃xff0c;而且发生热击穿的可能性越低&＃xff0c;还可以在较宽的温度范围内提供较好的性能。MOS管已经得到了大量应用&＃xff0c;在消费电子、工业产品、机电设备、智能手机以及其他便携式数码电子产品中随处可见。