MOSFET原理詳解與參數(shù)測試（2）

4、Rdson是個什么東東？

Rds(ON)是MOSFET工作（啟動）時，漏極D和源極S之間的電阻值。在上文中我們介紹了MOSFET在導(dǎo)通后，Rds(ON)的值不是一成不變的，主要取決于VGS的值。Rds(ON)的值一般都是在mΩ級別，當(dāng)MOSFET電流達(dá)到最大時，則Rdson必然是最小的。對于MOSFET來說，Rdson越小，價格也就越貴。

即使Rds(ON)的值很小，但是如果MOSFET上流過的id電流很大，那么必然在MOSFET上產(chǎn)生損耗，我們稱這個損耗為導(dǎo)通損耗。

我們看到，MOSFET的D-S之間有一個二極管，我們把這個二極管稱為MOSFET的體二極管。假設(shè)正向：由D指向S，那么體二極管的方向是跟正向相反的，而且這個體二極管正向不導(dǎo)通，反向會導(dǎo)通。所以這個體二極管和普通二極管一樣，也有鉗位電壓，實際鉗位電壓跟體二極管上流過的電流是有關(guān)系的，體二極管上流過的電流越大，則鉗位電壓越高，這是因為體二極管本身有內(nèi)阻。有內(nèi)阻必然也會產(chǎn)生損耗，我們把體二極管的功耗稱之為續(xù)流損耗。

Rds(ON)有兩個重要的特性：

① Rds(ON)與VGS的關(guān)系，隨著VGS的增大，Rds(ON)逐漸減小。

② Rds(ON)與溫度的關(guān)系，溫度越高，Rds(ON)越大。溫度特性會嚴(yán)重影響器件的工作特性，導(dǎo)致產(chǎn)品運行不穩(wěn)定。

注釋：Rds(ON)應(yīng)該怎么測？

Rds(ON)的測試非常簡單，就是使用歐姆定律關(guān)系。在datasheet中也定義了Rds(ON)的測試要求：

① VGS電壓，因此需要有一臺電源提供MOSFET的開啟電壓

② ID電流，要求在D-S有電流，因此就需要電源和負(fù)載來產(chǎn)生回路電流。

測試設(shè)備 ：直流電源*2；高精度電子負(fù)載；萬用表

測試步驟： 測試方法參考下圖，使用直流電源1給G-S端供電，設(shè)置VGS電壓。在D-S端串入直流電源2和負(fù)載，設(shè)置負(fù)載恒流模式和負(fù)載拉載值id，設(shè)置電源2電壓。同時使用萬用表測試D-S端電壓。

環(huán)境搭建完成后，啟動電源1、電源2、電子負(fù)載，記錄此時的萬用表電壓即為V DS 。根據(jù)歐姆定律：Rds(ON)= V DS /id

注意事項：

① 電源1的設(shè)置電壓一定要按照datasheet要求進(jìn)行設(shè)置，保障mos處于打開狀態(tài)

② 電源2的電壓不要設(shè)置太高，不要超過VDS的最高承受電壓。

5、MOSFET那些亂七八糟的寄生電容

如下圖所示，是我們等效出來的MOSFET里面的寄生電容模型

5、1 Cgs電容

Cgs： 柵極和源極之間的等效電容。實際上控制電壓輸出后，就開始給電容Cgs開始充電，GS電容充電過程分三個階段：

① 上電瞬間電容等效成短路，GS電容的內(nèi)阻為0，幾乎所有的電流，都從電容上走；

② GS電容沒有充滿的情況下，電流分別從電阻及電容流過，但主要的電流依舊從電容走；

③ 電容充滿了，電流不從電容走，只有很小的電流從電阻走。

注釋1：MOSFET的GS之間的下拉電阻

通常我們在查看電路圖時，注意到在MOSFET的GS之間會并接一個電阻，這個電阻的主要作用有：

① 給mos管的cgs電容提供放電回路，確保MOSFET就只有兩態(tài)，不是高就是低。

② 提供固定偏置，在前級開路時，這個電阻確保MOS有效的關(guān)斷。假設(shè)控制信號的前級開路，此時D極上提供一個很高的電壓，通過電容Cgd給電容Cgs進(jìn)行充電，導(dǎo)致管子誤導(dǎo)通，燒毀mos管

③ 有效防止雷擊、靜電損壞MOS。

綜上GS下拉電阻范圍10K~100K，原則上講，高壓系統(tǒng)可以取大一些，低壓系統(tǒng)可以取小一些。正常情況下，建議大家取10K、18K、20K。（三極管的下拉電阻推薦為2k）

5、2 Cgd電容

Cgd：柵極和漏極之間的等效電容。這個電容也稱為米勒電容，臭名昭著的“米勒效應(yīng)”也因此產(chǎn)生。米勒效應(yīng)，實際上是有一個固有的轉(zhuǎn)移特性：柵極的電壓Vgs和漏極的電流Id保持一個比例關(guān)系。

產(chǎn)生的問題 ：因為米勒電容的影響，造成mos管不能很快的進(jìn)行開通和關(guān)斷，中間有一段延遲時間。通過示波器測量VGS電壓波形，會發(fā)現(xiàn)VGS波形在上升期間有一段平臺，這個平臺又稱為米勒平臺。（下圖加粗線表示）

米勒平臺大家首先想到的麻煩就是米勒振蕩。（即，柵極先給Cgs充電，到達(dá)一定平臺后再給Cgd充電）因為這個時候源級和漏級間電壓迅速變化，內(nèi)部電容相應(yīng)迅速充放電，這些電流脈沖會導(dǎo)致mos寄生電感產(chǎn)生很大感抗，這里面就有電容，電感，電阻組成震蕩電路，造成MOS誤導(dǎo)通、燒毀、等問題.

產(chǎn)生問題的原因：

通過上圖我們分析，在t0-t1這段時間內(nèi)，VGS一開始隨著柵極電荷的增加而增加，開始給Cgs充電，當(dāng)電容達(dá)到門檻電壓后，V GS =VGSth后，MOS開始進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。

在t1-t2這段時間內(nèi)，MOS開始導(dǎo)通，此時的id就已經(jīng)開始有電流，但是電流很小。此時的D極電壓比G極電壓高，電容Cgd是上正下負(fù)。

然后Vgs電壓繼續(xù)上升，Id也會繼續(xù)上升，當(dāng)上升到米勒平臺電壓Va的時候， 就會發(fā)生固有轉(zhuǎn)移特性（Vgs不變，id也保持不變） 。

在t2-t3這段時間內(nèi)，雖然柵極電荷繼續(xù)增加，但是柵極電荷也有了另外一條通路（下圖紫色標(biāo)注通路），柵極電荷這個時間大部分用來給電容Cgd進(jìn)行充電，導(dǎo)致VGS電壓不在增加。此時的Cgd極性與漏極充電相反，即下正上負(fù)，因此也可理解為對Cgd反向放電，最終使得Vgd電壓由負(fù)變正，結(jié)束米勒平臺進(jìn)入可變電阻區(qū)。米勒平臺時間內(nèi)，Vds開始下降，米勒平臺的持續(xù)時間即為Vds電壓從最大值下降到最小值的時間。

通過上圖我們可以分析在米勒平臺的這段時間內(nèi)，VGS 和id都是保持不變的，VDS從最大值降到了最小值。所以剛進(jìn)入米勒平臺時，在MOS管上產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗非常的大。我們假設(shè)VDS電壓從12V減低到了0.5V,id=10A保持不變，可以計算導(dǎo)通功耗也從 120W變?yōu)?W，這個功率的變化時很大的，如果開通時間慢，意味著發(fā)熱從120w到5w過渡的慢，mos結(jié)溫會升高的厲害。所以開關(guān)越慢，結(jié)溫越高，容易燒mos。

解決措施： GS極加電容，減慢mos管導(dǎo)通時間，有助于減小米勒振蕩。防止mos管燒毀。過快的充電會導(dǎo)致激烈的米勒震蕩，但過慢的充電雖減小了震蕩，但會延長開關(guān)從而增加開關(guān)損耗。

5、3 Cds電容

Cds電容：源極和漏極之間的等效電容。

5、4 上述電容之間的關(guān)系

上面是MOSFET的等效模型，但是在MOSFET中是真實存在的，在datasheet·中我們看到的參數(shù)是這么表述的，具體關(guān)系如下：

Ciss 輸入電容：Ciss = Cgd + Cgs

Coss 輸出電容：Coss = Cgd + Cds

Crss 米勒電容：Crss = Cgd

6、MOS管的損耗有多少？

在之前的文章中我們介紹了Rdson造成的導(dǎo)通損耗，以及體二極管的續(xù)流損耗，此外主要還有開關(guān)損耗和柵極驅(qū)動損耗。