瞬態(tài)條件和開關(guān)模式操作有關(guān)的MOSFET特性

在本文中，我們將討論與瞬態(tài)條件和開關(guān)模式操作有關(guān)的MOSFET特性。

在上一篇有關(guān)低頻MOSFET的文章中，我們研究了控制MOSFET穩(wěn)態(tài)工作的參數(shù)，例如閾值電壓，導(dǎo)通狀態(tài)電阻和最大漏極電流。這些屬性與所有應(yīng)用相關(guān)，并且，如果您正在設(shè)計(jì)低頻系統(tǒng)，則它們涵蓋了選擇合適設(shè)備所需的大多數(shù)信息。

但是，如今，即使在模擬應(yīng)用中，采用MOSFET作為由相對(duì)高頻（通常是脈寬調(diào)制）的數(shù)字信號(hào)控制的開關(guān)也是非常普遍的。最好的例子是D類放大器。

盡管輸入信號(hào)是模擬信號(hào)，而輸出信號(hào)是模擬信號(hào)，但是使用從完全導(dǎo)通到完全截止的晶體管可以實(shí)現(xiàn)放大。開關(guān)模式控制比線性控制要有效得多，這使它成為一個(gè)有吸引力的選擇，即使最終的電路更復(fù)雜且最終的信號(hào)受到開關(guān)噪聲的負(fù)面影響。

暫態(tài)最大值

在上一篇文章中，我們討論了最大連續(xù)漏極電流。此參數(shù)具有對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)事件規(guī)范。

最大瞬態(tài)漏極電流稱為“脈沖漏極電流”或“峰值漏極電流”。這里涉及一些變量（脈沖寬度，占空比，環(huán)境溫度），因此該規(guī)范不是非常有用。但是，它的確可以使您大致了解設(shè)備可以承受的短期電流，在某些情況下，這比穩(wěn)態(tài)極限更為重要（我正在考慮在大電流條件下的應(yīng)用與直通，浪涌或低占空比PWM相關(guān)）。

與在瞬態(tài)事件的情況下避免損壞有關(guān)的另一個(gè)參數(shù)是漏極-源極雪崩能量。該規(guī)范以焦耳為單位給出，但與超過(guò)MOSFET的漏源擊穿電壓的電壓有關(guān)。這個(gè)問(wèn)題有點(diǎn)復(fù)雜，當(dāng)然不在本文的討論范圍之內(nèi)。如果您想了解有關(guān)雪崩特性的更多信息，我建議您從英飛凌獲取此應(yīng)用筆記。

該圖取自上述英飛凌應(yīng)用筆記。

電容值

FET的動(dòng)態(tài)參數(shù)中最突出的是輸入電容，輸出電容和反向傳輸電容。這些與典型的（更直觀地稱為）MOSFET電容密切相關(guān)，這些電容稱為柵極-漏極電容（CGD），柵極-源極電容（C GS）和漏極-源極電容（C DS）。

輸入電容（C ISS）是輸入信號(hào)即C GD加C GS所看到的電容。

輸出電容（C OSS）是輸出信號(hào)看到的電容；在分立FET的情況下，輸出端子為漏極，因此C OSS = C GD + C DS。

反向傳輸電容（C RSS）是漏極和柵極之間的電容，即C RSS = C GD。

輸入電容（與驅(qū)動(dòng)器電路的電阻一起）會(huì)影響開關(guān)特性，因?yàn)楦嗟妮斎腚娙菀馕吨嗟膶?dǎo)通和關(guān)斷延遲。當(dāng)驅(qū)動(dòng)FET導(dǎo)通時(shí)，必須為該電容充電，而要關(guān)閉器件時(shí)，則必須對(duì)其放電。

在考慮功耗和開關(guān)電路的諧振頻率時(shí)，輸出電容會(huì)發(fā)揮作用。

反向傳輸電容會(huì)影響導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間（這并不奇怪，因?yàn)樗禽斎腚娙莸囊徊糠郑?，但?qǐng)注意，它形成了一個(gè)反饋環(huán)路（因?yàn)槁O被視為輸出，而柵極被視為輸入）。反饋路徑中的電容器會(huì)受到米勒效應(yīng)的影響，因此，C RSS影響瞬態(tài)響應(yīng)的程度大于我們根據(jù)標(biāo)稱電容值的預(yù)期。

柵極電荷

事實(shí)證明，MOSFET輸入電容并不是評(píng)估器件開關(guān)特性的最可靠方法，因?yàn)殡娙葜凳茈妷汉碗娏鳁l件的影響。下圖讓您了解了三個(gè)電容值如何根據(jù)漏極-源極電壓的變化而變化。

摘自NXP / Nexperia發(fā)布的此應(yīng)用筆記。

該應(yīng)用筆記還提到了“器件尺寸和跨導(dǎo)”，這些因素使得難以將電容用作選擇一個(gè)MOSFET而不是另一個(gè)MOSFET的基礎(chǔ)。最好使用柵極電荷規(guī)格；例如：

規(guī)格取自此Vishay數(shù)據(jù)表。

柵極電荷顯然是評(píng)估開關(guān)特性的更直接的方法。電荷等于電流乘以時(shí)間，因此，如果您知道驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O的器件的輸出電流并且知道FET的柵極電荷規(guī)格，則可以計(jì)算出打開器件所需的時(shí)間。

開關(guān)時(shí)間

如果您確實(shí)想避免所有計(jì)算和理論上的細(xì)節(jié)，則可以僅將零件搜索限制在數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出開關(guān)時(shí)間的FET上。查找標(biāo)有“開啟時(shí)間”（或“關(guān)閉時(shí)間”），“上升時(shí)間”（或“下降時(shí)間”）和“延遲時(shí)間”的規(guī)格。

這種方法當(dāng)然很簡(jiǎn)單，但通常情況下，最簡(jiǎn)單的解決方案并不是最可靠的解決方案。這些“預(yù)煮”的開關(guān)規(guī)格基于特定條件（也許最重要的是柵極驅(qū)動(dòng)電路的電阻），可能與您的預(yù)期條件或不同數(shù)據(jù)手冊(cè)中使用的條件不一致。上面提到的NXP / Nexperia應(yīng)用筆記說(shuō)，在比較一個(gè)制造商的開關(guān)時(shí)間規(guī)格與另一制造商的開關(guān)時(shí)間規(guī)格時(shí)，“需要格外小心”。

結(jié)論

MOSFET的動(dòng)態(tài)行為并不是特別簡(jiǎn)單，但是我希望本文能夠提供足夠的信息，以幫助您更全面地評(píng)估不同器件的動(dòng)態(tài)行為。如果您有任何經(jīng)驗(yàn)可以分享有關(guān)分立FET的實(shí)際瞬態(tài)行為，請(qǐng)隨時(shí)在評(píng)論中分享您的想法。

原文標(biāo)題：選擇合適的MOSFET：了解動(dòng)態(tài)MOSFET參數(shù)

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