功率MOSFET的應用電路解析

金屬-氧化物半導體場效應晶體管，簡稱金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”（工作載流子）的極性不同，可分為“N型”與“P型” 的兩種類型，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET，其他簡稱上包括NMOS、PMOS等，本文主要講解MOSFET的一些電路

功率MOSFET的正向?qū)ǖ刃щ娐?/p>

等效電路

說明：

功率 MOSFET 正向?qū)〞r可用一電阻等效，該電阻與溫度有關(guān)，溫度升高，該電阻變大；它還與門極驅(qū)動電壓的大小有關(guān)，驅(qū)動電壓升高，該電阻變小。詳細的關(guān)系曲線可從制造商的手冊中獲得。

功率MOSFET的反向?qū)ǖ刃щ娐?/p>

等效電路（門極不加控制）

說明：

即內(nèi)部二極管的等效電路，可用一電壓降等效，此二極管為MOSFET 的體二極管，多數(shù)情況下，因其特性很差，要避免使用。

功率MOSFET的反向?qū)ǖ刃щ娐?/p>

等效電路（門極加控制）

說明：

功率 MOSFET 在門級控制下的反向?qū)ǎ部捎靡浑娮璧刃?，該電阻與溫度有關(guān)，溫度升高，該電阻變大；它還與門極驅(qū)動電壓的大小有關(guān)，驅(qū)動電壓升高，該電阻變小。詳細的關(guān)系曲線可從制造商的手冊中獲得。此工作狀態(tài)稱為MOSFET 的同步整流工作，是低壓大電流輸出開關(guān)電源中非常重要的一種工作狀態(tài)。

功率MOSFET的正向截止等效電路

等效電路

說明：

功率 MOSFET 正向截止時可用一電容等效，其容量與所加的正向電壓、環(huán)境溫度等有關(guān)，大小可從制造商的手冊中獲得。

功率MOSFET的穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)

(1)：功率MOSFET 穩(wěn)態(tài)時的電流/電壓曲線

(2)：說明

功率 MOSFET 正向飽和導通時的穩(wěn)態(tài)工作點：

當門極不加控制時，其反向?qū)ǖ姆€(wěn)態(tài)工作點同二極管。

(3)：穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)

門極與源極間的電壓Vgs 控制器件的導通狀態(tài);當VgsVth時，器件處于導通狀態(tài);器件的通態(tài)電阻與Vgs有關(guān)，Vgs大，通態(tài)電阻小;多數(shù)器件的Vgs為 12V-15V ，額定值為+-30V;

器件的漏極電流額定是用它的有效值或平均值來標稱的;只要實際的漏極電流有效值沒有超過其額定值，保證散熱沒問題，則器件就是安全的;

器件的通態(tài)電阻呈正溫度系數(shù)，故原理上很容易并聯(lián)擴容，但實際并聯(lián)時，還要考慮驅(qū)動的對稱性和動態(tài)均流問題;

目前的 Logic-Level的功率 MOSFET，其Vgs只要 5V，便可保證漏源通態(tài)電阻很小;

器件的同步整流工作狀態(tài)已變得愈來愈廣泛，原因是它的通態(tài)電阻非常小(目前最小的為2-4 毫歐)，在低壓大電流輸出的DC/DC 中已是最關(guān)鍵的器件;

包含寄生參數(shù)的功率MOSFET等效電路

等效電路

說明：

實際的功率MOSFET 可用三個結(jié)電容，三個溝道電阻，和一個內(nèi)部二極管及一個理想MOSFET 來等效。三個結(jié)電容均與結(jié)電壓的大小有關(guān)，而門極的溝道電阻一般很小，漏極和源極的兩個溝道電阻之和即為MOSFET 飽和時的通態(tài)電阻。

功率MOSFET的開通和關(guān)斷過程原理

(1)：開通和關(guān)斷過程實驗電路

(2)：MOSFET 的電壓和電流波形

(3)：開關(guān)過程原理

開通過程[ t0 ~ t4 ]：

在 t0 前，MOSFET 工作于截止狀態(tài)，t0 時，MOSFET 被驅(qū)動開通;

[t0-t1]區(qū)間，MOSFET 的GS 電壓經(jīng)Vgg 對Cgs充電而上升，在t1時刻，到達維持電壓Vth，MOSFET 開始導電;

[t1-t2]區(qū)間，MOSFET 的DS 電流增加，Millier 電容在該區(qū)間內(nèi)因DS 電容的放電而放電，對GS 電容的充電影響不大;

[t2-t3]區(qū)間，至t2 時刻，MOSFET 的DS 電壓降至與Vgs 相同的電壓，Millier 電容大大增加，外部驅(qū)動電壓對Millier 電容進行充電，GS 電容的電壓不變，Millier 電容上電壓增加，而DS電容上的電壓繼續(xù)減小;

[t3-t4]區(qū)間，至t3 時刻，MOSFET 的DS 電壓降至飽和導通時的電壓，Millier 電容變小并和GS 電容一起由外部驅(qū)動電壓充電，GS 電容的電壓上升，至t4 時刻為止。此時GS 電容電壓已達穩(wěn)態(tài)，DS 電壓也達最小，即穩(wěn)定的通態(tài)壓降。

關(guān)斷過程[ t5 ~t9 ]：

在 t5 前，MOSFET 工作于導通狀態(tài)， t5 時，MOSFET 被驅(qū)動關(guān)斷;

[t5-t6]區(qū)間，MOSFET 的Cgs 電壓經(jīng)驅(qū)動電路電阻放電而下降，在t6 時刻，MOSFET 的通態(tài)電阻微微上升，DS 電壓梢稍增加，但DS 電流不變;

[t6-t7]區(qū)間，在t6 時刻，MOSFET 的Millier 電容又變得很大，故GS 電容的電壓不變，放電電流流過Millier 電容，使DS 電壓繼續(xù)增加;

[t7-t8]區(qū)間，至t7 時刻，MOSFET 的DS 電壓升至與Vgs 相同的電壓，Millier 電容迅速減小，GS 電容開始繼續(xù)放電，此時DS 電容上的電壓迅速上升，DS 電流則迅速下降;

[t8-t9]區(qū)間，至t8 時刻，GS 電容已放電至Vth，MOSFET 完全關(guān)斷;該區(qū)間內(nèi)GS 電容繼續(xù)放電直至零。

因二極管反向恢復引起的MOSFET開關(guān)波形

（1）：實驗電路

（2）：因二極管反向恢復引起的MOSFET 開關(guān)波形

審核編輯：郭婷