MOSFET開通時間和關(guān)斷時間定義

MOS管定期導(dǎo)通和關(guān)斷

mos管是金屬（metal）-氧化物（oxid）-半導(dǎo)體（semiconductor）場效應(yīng)晶體管，或者稱是金屬-絕緣體（insulator）-半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

在開關(guān)電源應(yīng)用方面，這種應(yīng)用需要MOS管定期導(dǎo)通和關(guān)斷。比如，DC-DC電源中常用的基本降壓轉(zhuǎn)換器依賴兩個MOS管來執(zhí)行開關(guān)功能，這些開關(guān)交替在電感里存儲能量，然后把能量釋放給負載。我們常選擇數(shù)百kHz乃至1MHz以上的頻率，因為頻率越高，磁性元件可以更小更輕。在正常工作期間，MOS管只相當于一個導(dǎo)體。因此，我們電路或者電源設(shè)計人員最關(guān)心的是MOS的最小傳導(dǎo)損耗。

我們經(jīng)?？碝OS管的PDF參數(shù)，MOS管制造商采用RDS（ON）參數(shù)來定義導(dǎo)通阻抗，對開關(guān)應(yīng)用來說，RDS（ON）也是最重要的器件特性。數(shù)據(jù)手冊定義RDS（ON）與柵極（或驅(qū)動）電壓VGS以及流經(jīng)開關(guān)的電流有關(guān)，但對于充分的柵極驅(qū)動，RDS（ON）是一個相對靜態(tài)參數(shù)。一直處于導(dǎo)通的MOS管很容易發(fā)熱。另外，慢慢升高的結(jié)溫也會導(dǎo)致RDS（ON）的增加。MOS管數(shù)據(jù)手冊規(guī)定了熱阻抗參數(shù)，其定義為MOS管封裝的半導(dǎo)體結(jié)散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結(jié)到管殼的熱阻抗。

其發(fā)熱情況有：

1.電路設(shè)計的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關(guān)狀態(tài)。這也是導(dǎo)致MOS管發(fā)熱的一個原因。如果N-MOS做開關(guān)，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導(dǎo)通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設(shè)計電路的最忌諱的錯誤。

2.頻率太高，主要是有時過分追求體積，導(dǎo)致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了。

3.沒有做好足夠的散熱設(shè)計，電流太高，MOS管標稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴重，需要足夠的輔助散熱片。

4.MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒有充分考慮，導(dǎo)致開關(guān)阻抗增大。

MOSFET開通時間和關(guān)斷時間定義

（一）在應(yīng)用過程中，以下幾個特性是經(jīng)常需要考慮的：

1、V（BR）DSS 的正溫度系數(shù)特性。這一有異于雙極型器件的特性使得其在正常工作溫度升高后變得更可靠。但也需要留意其在低溫冷啟機時的可靠性。

2、 V（GS）th 的負溫度系數(shù)特性。柵極門檻電位隨著結(jié)溫的升高會有一定的減小。一些輻射也會使得此門檻電位減小，甚至可能低于0電位。這一特性需要工程師注意MOSFET在此些情況下的干擾誤觸發(fā)，尤其是低門檻電位的MOSFET應(yīng)用。因這一特性，有時需要將柵極驅(qū)動的關(guān)閉電位設(shè)計成負值（指 N 型，P 型類推）以避免干擾誤觸發(fā)。

3、VDSon/RDSon 的正溫度系數(shù)特性。VDSon/RDSon 隨著結(jié)溫的升高而略有增大的特性使得MOSFET的直接并聯(lián)使用變得可能。雙極型器件在此方面恰好相反，故其并聯(lián)使用變得相當復(fù)雜化。RDSon也會隨著ID的增大而略有增大，這一特性以及結(jié)和面RDSon正溫度特性使得MOSFET避免了象雙極型器件那樣的二次擊穿。 但要注意此特性效果相當有限，在并聯(lián)使用、推挽使用或其它應(yīng)用時不可完全依賴此特性的自我調(diào)節(jié)，仍需要一些根本措施。這一特性也說明了導(dǎo)通損耗會在高溫時變得更大。故在損耗計算時應(yīng)特別留意參數(shù)的選擇。

4、ID的負溫度系數(shù)特性，MOSFET參數(shù)理解及其主要特性ID會隨著結(jié)溫度升高而有相當大的減額。這一特性使得在設(shè)計時往往需要考慮的是其在高溫時的ID參數(shù)。

5、雪崩能力IER/EAS的負溫度系數(shù)特性。結(jié)溫度升高后，雖然會使得MOSFET具有更大的 V（BR）DSS ，但是要注意EAS會有相當大的減額。也就是說高溫條件下其承受雪崩的能力相對于常溫而言要弱很多。

6、MOSFET 的體內(nèi)寄生二極管導(dǎo)通能力及反向恢復(fù)表現(xiàn)并不比普通二極管好。在設(shè)計中并不期望利用其作為回路主要的電流載體。往往會串接阻攔二極管使體內(nèi)寄生二極管無效，并通過額外并聯(lián)二極管構(gòu)成回路電載體。但在同步整流等短時間導(dǎo)通或一些小電流要求的情況下是可以考慮將其作為載體的。

7、漏極電位的快速上升有可能會發(fā)生柵極驅(qū)動的假觸發(fā)現(xiàn)象 （spurious-trigger） ，故在很大的 dVDS/dt 應(yīng)用場合（高頻快速開關(guān)電路）需要考慮這方面的可能性。

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［40~tt］：?

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(dǎo)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?。?

［t3-t4］區(qū)間，至t3時刻，MOSFET的DS電壓降至飽和導(dǎo)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［95~tt］：?

在t5前，MOSFET工作于導(dǎo)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。?