MOSFET器件性能及选用的3个原则

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MOSFET datasheet 参数理解及其主要特性

电源应用中 Mosfet 驱动电路设计参考
一、驱动过程原理
来源:电源谷作者:Blash
驱动设计是 MOSFET 应用的重点之一。而 MOSFET 驱动过程特性的理解将会有助于此方面的正确应用。
MOSFET 的栅极驱动过程可以简单理解为驱动电源对 MOSFET 输入电容的充放电过程。其极间电容效应如本站文章“ DATASHEET 参数及基本特性” 中示意图所示。器件规格书目所提供的极间电容值是在一定条件下得到的静态参数。而在实际应用，这些电容的参数是温度及电压的非线性函数关系，而且受米勒效应的影响，总的动态输入电容将比总静态电容大得多。这些都给栅极驱动的准确分析带来很大困难。但从应用角度，了解其驱动过程的特性是必须的。
IAR ：雪崩电流。 EAR ：重复雪崩击穿能量。 5 热阻
：结点到外壳的热阻。它表明当耗散一个给定的功率时，结温与外壳温度之间
的差值大小。公式表达⊿ t = PD*
。
：外壳到散热器的热阻，意义同上。
：结点到周围环境的热阻，意义同上。
6 体内二极管参数 IS ：连续最大续流电流（从源极）。 ISM ：脉冲最大续流电流（从源极）。 VSD ：正向导通压降。 Trr ：反向恢复时间。 Qrr ：反向恢复充电电量。 Ton ：正向导通时间。（基本可以忽略不计）。
t 3 ~ t 4 时期. t 3 时刻，在 IG 的继
所需驱动电量： △ Q t 0 ~ t 1 = (t 1-t 0 )IG = VG(th)Ciss ≈ VG(th)CGS 所需驱动电流： IG = VG(th)Ciss / (t1-t0 ) 栅极电压上升率： dVGS /dt= IG /Ciss ≈ IG / CGS 现实使用中（驱动电压近似恒压源），如图 7 示， VGS 呈指数上升，时间常数 t 1 = RG(CGS + CGD1) . t1~t2 时期。 t1 时刻 MOSFET 被打开，在 t1~t2 期间 IG 给 Ciss 继续充电。栅极电压 VGS 继续上升，机理跟前一阶段完全一样，公式参考如上。此时器件进入了饱和区（进入此区的条件是 VDS>(VDS(sat)=VGS-Vth) ，漏极电流 iD 从 t1 时刻起依 VGS 按一定函数关系爬升（iD = K(VGS-Vth)2 , K = ì n COXW/2L，COX=eOX/tOX，其中 ì n 为反型层中电子的迁移率，eOX 为氧化物介电常数，tOX 为氧化物厚度， W/L 分别为沟道宽度和长度）。此上升斜坡持续直至 t2 时刻电流 iD 达到饱和或达到负载最大电流，故 VGS 的上升到达平台 Va 随 iD（一般为负载最大电流）而不同。在此期间漏源极之间依然承受近乎全部电压 Vdd 。

开关电源的开关管为什么选MOSFET，而非三极管

开关电源的开关管为什么选MOSFET，而非三极管场效应晶体管（FET，Field Effect Transistor），很大程度上会与双极性结型晶体管（BJT，Bipolor Junction Transistor）简称三极管，很多应用场景相似。

有些控制开关的应用场景下，两个似乎可以相互替代。

但是两者的不同导致了，应用场景的不同，和使用时的特性不同（频率、功耗等）。

1、两者的基本物理模型不相同三极管的理想模型是流控电流源，场效应管的理想物理模型是压控电流源。

2、输入阻抗不同三极管是电流控制器件，通过控制基极电流到达控制输出电流的目的。

因此，基极总有一定的电流，故三极管的输入电阻较低；场效应管是电压控制器件，其输出电流决定于栅源极之间的电压，栅极基本上不取电流，因此，它的输入电阻很高，可高达1MΩ～100000MΩ。

高输入电阻是场效应管的突出优点。

3、完全导通（饱和状态）的等效电阻值不同三极管导通时等效电阻值大，场效应管导通电阻小，只有几十毫欧姆，几毫欧，在现在的用电器件上，一般都用场效应管做开关来用，他的效率是比较高的。

在实际工作中，常用Ib*β=V/R作为判断临界饱和的条件。

根据Ib*β=V/R算出的Ib值，只是使晶体管进入了初始饱和状态，实际上应该取该值的数倍以上，才能达到真正的饱和；倍数越大，饱和程度就越深。

BJT的CE之间可以实现的最小电压差，是一个定值，所以随着电流的增大，功耗就是Ice*Vce。

对于9013、9012而言，饱和时Vce小于0.6V，Vbe小于1.2V。

下面是9013的特性表：BCP56比较常用于开关控制功能的三极管的一个特性参数表，其Vce（sat）也是最大值0.5V饱和区的现象就是：两个PN结均正偏。

那么Vce（sat）的最大值，也就是两个二极管正向导通电压的压差，这个压差可能很小，而半导体厂家保证这颗BJT的最大值是0.6V。

这个值有可能非常接近于0，但是一般来说和IC和温度相关。

MOSFET详解

MOS管的基本知识（转载）(来自百度壓力山大)现在的高清、液晶、等离子电视机中开关电源部分除了采用了PFC技术外，在元器件上的开关管均采用性能优异的MOS管取代过去的大功率晶体三极管，使整机的效率、可靠性、故障率均大幅的下降。

由于MOS管和大功率晶体三极管在结构、特性有着本质上的区别，在应用上；驱动电路也比晶体三极管复杂，致使维修人员对电路、故障的分析倍感困难，此文即针对这一问题，把MOS管及其应用电路作简单介绍，以满足维修人员需求。

一、什么是MOS管MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，即金属氧化物半导体型场效应管，属于场效应管中的绝缘栅型。

因此，MOS管有时被称为绝缘栅场效应管。

在一般电子电路中，MOS管通常被用于放大电路或开关电路。

1、MOS管的构造；在一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作为漏极D和源极S。

然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅（Si02）绝缘层膜，在再这个绝缘层膜上装上一个铝电极，作为栅极G。

这就构成了一个N沟道（NPN 型）增强型MOS管。

显然它的栅极和其它电极间是绝缘的。

图1-1所示 A 、B 分别是它的结构图和代表符号。

同样用上述相同的方法在一块掺杂浓度较低的N型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的P+区，及上述相同的栅极制作过程，就制成为一个P沟道（PNP型）增强型MOS管。

图1-2所示A 、B分别是P沟道MOS 管道结构图和代表符号。

图1 -1-A图1 -2-A2、MOS管的工作原理：图1-3是N沟道MOS管工作原理图图1-3-A图1-3-B从图1-3-A可以看出，增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN 结。

当栅-源电压VGS=0时，即使加上漏-源电压VDS，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道（没有电流流过），所以这时漏极电流ID=0。

MOSFET参数解析(英飞凌)

ID-连续漏电流ID定义为芯片在最大额定结温TJ(max)下，管表面温度在25℃或者更高温度下，可允许的最大连续直流电流。

该参数为结与管壳之间额定热阻RθJC和管壳温度的函数：ID中并不包含开关损耗，并且实际使用时保持管表面温度在25℃（Tcase）也很难。

因此，硬开关应用中实际开关电流通常小于ID额定值@TC=25℃的一半，通常在1/3～1/4。

补充，如果采用热阻JA的话可以估算出特定温度下的ID，这个值更有现实意义。

IDM-脉冲漏极电流该参数反映了器件可以处理的脉冲电流的高低，脉冲电流要远高于连续的直流电流。

定义IDM的目的在于：线的欧姆区。

对于一定的栅-源电压，MOSFET导通后，存在最大的漏极电流。

如图所示，对于给定的一个栅-源电压，如果工作点位于线性区域内，漏极电流的增大会提高漏-源电压，由此增大导通损耗。

长时间工作在大功率之下，将导致器件失效。

因此，在典型栅极驱动电压下，需要将额定IDM设定在区域之下。

区域的分界点在Vgs和曲线相交点。

因此需要设定电流密度上限，防止芯片温度过高而烧毁。

这本质上是为了防止过高电流流经封装引线，因为在某些情况下，整个芯片上最“薄弱的连接”不是芯片，而是封装引线。

考虑到热效应对于IDM的限制，温度的升高依赖于脉冲宽度，脉冲间的时间间隔，散热状况，RDS(on)以及脉冲电流的波形和幅度。

单纯满足脉冲电流不超出IDM上限并不能保证结温不超过最大允许值。

可以参考热性能与机械性能中关于瞬时热阻的讨论，来估计脉冲电流下结温的情况。

PD-容许沟道总功耗容许沟道总功耗标定了器件可以消散的最大功耗，可以表示为最大结温和管壳温度为25℃时热阻的函数。

TJ,TSTG-工作温度和存储环境温度的范围这两个参数标定了器件工作和存储环境所允许的结温区间。

设定这样的温度范围是为了满足器件最短工作寿命的要求。

如果确保器件工作在这个温度区间内，将极大地延长其工作寿命。

EAS-单脉冲雪崩击穿能量如果电压过冲值(通常由于漏电流和杂散电感造成)未超过击穿电压，则器件不会发生雪崩击穿，因此也就不需要消散雪崩击穿的能力。

n mosfet导通条件

n mosfet导通条件摘要：一、MOSFET基本概念二、MOSFET导通条件1.栅极电压大于阈值电压2.漏极电压大于源极电压三、MOSFET导通过程中的关键参数1.电流密度2.导通电阻3.跨导四、MOSFET的应用领域五、提高MOSFET导通性能的方法1.优化器件结构2.选择合适的材料3.驱动电路设计正文：一、MOSFET基本概念MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种广泛应用于电子电路的半导体器件。

它根据导电类型可分为N沟道和P沟道两种，其中N沟道MOSFET主要应用于放大、开关、调制等电路，P沟道MOSFET则常用于电源管理等领域。

二、MOSFET导通条件1.栅极电压大于阈值电压MOSFET导通的第一条件是栅极电压需要大于阈值电压。

阈值电压是MOSFET的一个重要参数，它决定了器件的导通范围。

当栅极电压大于阈值电压时，栅极与漏极之间的绝缘层（氧化层）内的电子空穴对被激活，形成导电通道。

2.漏极电压大于源极电压MOSFET导通的另一个条件是漏极电压需要大于源极电压。

在这种情况下，电子从漏极向源极流动，形成电流。

当漏极电压大于源极电压一定程度时，MOSFET才能完全导通。

三、MOSFET导通过程中的关键参数1.电流密度电流密度是MOSFET导通过程中的一项重要参数，它表示单位面积内的电流流量。

电流密度与MOSFET的导通电阻和跨导有关，影响器件的导通性能。

2.导通电阻导通电阻是MOSFET在导通状态下，漏极与源极之间的电阻。

它由器件的材料、结构和工艺决定，对MOSFET的功耗和电流控制能力有很大影响。

降低导通电阻是提高MOSFET导通性能的关键。

3.跨导跨导是MOSFET的另一个重要参数，表示栅极电压变化时，引起的漏极电流的变化程度。

跨导越大，MOSFET的电流控制能力越强。

四、MOSFET的应用领域MOSFET因其高电流控制能力、低失真度和小体积等优点，在众多领域得到广泛应用，如放大器、电源管理、电机驱动、通信设备等。

MOS管的基本知识

MOS管的基本知识（转载）电路硬件设计2011-05-07 06:39:32 阅读141 评论1 字号：大中小订阅现在的高清、液晶、等离子电视机中开关电源部分除了采用了PFC技术外，在元器件上的开关管均采用性能优异的MOS管取代过去的大功率晶体三极管，使整机的效率、可靠性、故障率均大幅的下降。

一、什么是MOS管MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，即金属氧化物半导体型场效应管，属于场效应管中的绝缘栅型。

因此，MOS管有时被称为绝缘栅场效应管。

在一般电子电路中，MOS管通常被用于放大电路或开关电路。

然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅（Si02）绝缘层膜，在再这个绝缘层膜上装上一个铝电极，作为栅极G。

这就构成了一个N 沟道（NPN型）增强型MOS管。

显然它的栅极和其它电极间是绝缘的。

图1-1所示A 、B分别是它的结构图和代表符号。

图1-2所示A 、B分别是P沟道MOS管道结构图和代表符号。

图1 -1-A图1 -2-A2、MOS管的工作原理：图1-3是N沟道MOS管工作原理图图1-3-A图1-3-B从图1-3-A可以看出，增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN结。

sgt mosfet 高didt(电流变化速率)带来的问题及解决方法

sgt mosfet 高didt(電流變化速率)带来的问题及解决方法摘要：1.SGT MOSFET简介2.高DIDT（电流变化速率）带来的问题3.解决问题的方法4.解决方案的实用性分析正文：近年来，SGT（Super Junction Transistor）MOSFET在我国的电子市场上得到了广泛的应用。

它具有高电流密度、低导通电阻、高开关速度等优点，使得它在电源、放大器、传感器等领域具有广泛的应用。

然而，高DIDT（电流变化速率）所带来的问题也日益凸显。

本文将针对SGT MOSFET高DIDT问题进行分析，并提出解决方法。

一、SGT MOSFET简介SGT MOSFET是一种改进型的MOSFET结构，它采用超结技术，提高了器件的电流密度和导通电阻。

超结技术是通过在P型区和N型区之间引入一层薄薄的耗尽层，使得两个区间的电荷积累更快，从而提高了电流密度。

这使得SGT MOSFET在高电压、高频率应用中具有优越的性能。

二、高DIDT（电流变化速率）带来的问题1.器件的热稳定性下降：高DIDT会导致器件内部电流迅速变化，从而产生较大的热量。

如果散热不畅，容易导致器件温度升高，影响其稳定性。

2.电磁干扰：高DIDT产生的高速切换电流会引起电磁干扰（EMI），可能对周围的电子设备产生影响，降低系统的可靠性。

3.损耗增加：在高DIDT条件下，SGT MOSFET的导通电阻会增大，导致损耗增加，影响器件的效率。

4.可靠性降低：长期在高DIDT条件下工作，可能会加速器件的老化，降低其可靠性。

三、解决问题的方法1.优化器件设计：通过改进超结结构，降低DIDT的影响。

例如，增加耗尽层厚度、调整P型区和N型区的宽度比例等。

2.采用屏蔽技术：在器件周围设置屏蔽罩，减小电磁干扰。

3.改进散热设计：提高散热性能，降低器件温度，增强其热稳定性。

如采用强制风冷、液冷等方式。

4.控制开关速度：通过控制驱动电路，降低开关速度，减小DIDT。

平时工作中对msd元件的注意事项

平时工作中对msd元件的注意事项1.引言1.1 概述概述部分的内容可以涵盖对MSD元件的背景介绍以及在平时工作中的重要性。

下面是一个可能的概述部分的内容：概述在现代科技领域中，我们常常会使用和接触到各种各样的电子元件。

而在这些元件中，MSD（MOSFET and Schottky Diode）元件作为其中一种重要的技术应用在各类电路和设备中发挥着至关重要的作用。

MSD元件是由两种不同的半导体材料构成的。

MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种基于场效应原理工作的半导体元件，而Schottky二极管是由金属和半导体材料形成的二极管。

这两种元件结合在一起形成的MSD元件，具有高速开关和低功耗的优势，广泛应用于各种电子设备中，如电源管理系统、功率放大器和高频电路等。

在平时的工作中，对MSD元件的注意事项至关重要。

首先，正确选择和使用MSD元件对于电路的性能和稳定性起着决定性的作用。

不同类型和规格的MSD元件适用于不同的应用场景，因此在选型时需要仔细考虑元件的特性参数，如电流和电压容量、开关速度和导通压降等。

选用不合适的MSD元件可能会导致电路不稳定、能耗过高、甚至元件损坏。

其次，正确的焊接和安装技术是保证MSD元件工作正常的关键。

由于MSD元件体积较小且具有高功率密度，因此在焊接时需要注意控制焊接温度和时间，避免过高的温度引起元件损坏。

同时，在安装过程中，应注意保持元件的表面清洁，并正确处理元件与散热器之间的热阻问题，以确保元件的散热性能。

最后，在日常工作中，对MSD元件的使用和维护也需要一定的注意事项。

及时更换老化和损坏的元件，避免使用过多的电流和过高的电压对元件进行测试，定期检查元件的连接和焊接状态等，都是保证MSD元件正常运行和延长使用寿命的重要措施。

在总结上述内容后，本文将进一步探讨MSD元件在工作中的相关要点并提供一些实用的建议，以帮助读者更好地理解和应用MSD元件，并在工作中更好地注意和处理MSD元件相关的注意事项。

mosfet驱动变压器选型原则

mosfet驱动变压器选型原则全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：MOSFET驱动变压器是现代电子设备中常见的元器件之一，它主要用于控制电力的变换和传输。

在选择合适的MOSFET驱动变压器时，有一些重要的选型原则需要考虑，以确保电路稳定可靠、性能优良。

本文将详细介绍MOSFET驱动变压器的选型原则，帮助读者更好地了解和选择适合自己需求的变压器。

一、电路需求分析在选择MOSFET驱动变压器之前，首先需要对电路的需求进行充分的分析。

包括输出功率、输入电压、输出电压、频率等参数的需求。

通过分析电路的需求，可以确定所需要的变压器的性能指标，为后续的选型提供依据。

二、工作环境考虑MOSFET驱动变压器在工作时会受到温度、湿度等环境因素的影响，因此需要考虑工作环境对变压器的影响。

一般来说，工作环境温度越高，变压器的功率损耗越大，因此需要选择适合高温环境下工作的变压器。

三、电压容忍度在选择MOSFET驱动变压器时，还需要考虑其电压容忍度。

即变压器能够承受的最大电压。

需要根据电路输入输出的电压范围来选择合适的变压器，以避免电压过高导致变压器损坏。

四、响应速度MOSFET驱动变压器的响应速度对电路的稳定性和性能有很大影响，因此在选型时需要考虑变压器的响应速度。

一般来说，响应速度越快，电路的响应时间越短，但也可能导致电路的不稳定性。

五、脉冲宽度调制脉冲宽度调制（PWM）是现代电子设备中常用的调制技术，能够有效控制电路输出功率。

在选择MOSFET驱动变压器时，需要考虑其支持PWM技术的能力，以确保电路正常工作。

六、尺寸和重量还需要考虑MOSFET驱动变压器的尺寸和重量。

一般来说，尺寸越小、重量越轻的变压器在实际应用中更加方便，能够节省空间和降低成本。

选择MOSFET驱动变压器的选型原则包括电路需求分析、工作环境考虑、电压容忍度、响应速度、脉冲宽度调制以及尺寸和重量等方面。

通过综合考虑这些因素，可以选择出适合自己需求的MOSFET驱动变压器，确保电路的稳定性、性能和可靠性。

微电子器件原理知识点总结

微电子器件原理知识点总结一、场效应晶体管场效应晶体管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种利用半导体的电场调控电流的三端半导体器件，其优点是功耗小、速度快、耐高温等特点，因此在数模混合电路、功率放大、射频射频等领域广泛应用。

FET的基本结构包括栅、漏、源和沟道四个部分，它根据电场调控电流的机制可以分为JFET（结型场效应管）和MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）两种。

1. MOSFET的工作原理MOSFET是一种采用金属栅极、绝缘体绝缘层和半导体衬底的结构，其工作原理是通过控制栅电压调节沟道区的电场，以改变沟道区的电导率来调节漏、源之间的电流。

根据栅电压的正负性质，MOSFET又可以分为增强型MOSFET和耗尽型MOSFET。

根据MOSFET的电子输运机制，主要包括掺杂效应、载流子输运和表面态三个方面。

掺杂效应指的是不同掺杂浓度和类型对MOSFET电性能的影响，主要表现为掺杂对阈值电压、子阈电压等性能参数的影响。

载流子输运指的是沟道区的电导率由电子载流子和空穴载流子共同决定，主要通过沟道长度和空穴寿命等参数来分析MOSFET的电导率。

表面态指的是沟道表面的固体缺陷和氧化层的影响，主要通过表面态密度和氧化层质量来评估MOSFET的性能。

2. MOSFET的应用及进展MOSFET由于其优良的电性能和可靠性，被广泛应用于数字集成电路、模拟混合电路和功率器件中。

随着芯片尺寸的不断缩小和工作频率的不断增大，MOSFET的封装技术、结构优化和制程工艺得到了不断改进，包括高介电常数栅介质、金属栅材料选择、沟道长度和宽度优化等方面，以提高MOSFET的性能和稳定性。

MOSFET的发展方向主要包括多栅型MOSFET、非硅基器件、混合型器件等，以提高MOSFET的频率响应、尺寸缩小和功率密度等性能。

同时，MOSFET在功率放大、射频射频、光电器件等领域也得到了不断应用和进展，包括GaN、SiC等新型材料和器件结构的研究。

mosfet参数定义参考标准

MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种重要的场效应晶体管。

其参数通常可以根据不同的标准来定义和测量。

以下是一些常见的 MOSFET 参数及其定义的参考标准：
1. **门极电压（Gate-Source Voltage）**：指 MOSFET 的门极和源极之间的电压。

常用标准包括 JEDEC（联合电子设备工程委员会）和IEEE（电气和电子工程师协会）规定的测试标准。

2. **漏极电流（Drain Current）**：在给定的门极电压和漏极电压下，流经 MOSFET 的电流。

一般使用特定电压和温度条件下的测试来定义。

3. **漏极-源极电压（Drain-Source Voltage）**：MOSFET 的漏极和源极之间的电压。

通常使用最大额定值来定义。

4. **漏极-源极饱和电压（Drain-Source On-State Voltage）**：MOSFET 在导通状态时的漏极-源极电压。

这个参数可以通过静态或动态测试来确定。

5. **漏极-源极电阻（Drain-Source On-State Resistance）**：MOSFET 在导通状态时的等效电阻。

常见的标准测试条件包括特定的电流和温度。

6. **截止频率（Cutoff Frequency）**：MOSFET 的截止频率是指其在放大器应用中的最大可靠工作频率。

这个参数通常用于高频应用。

这些参数的定义和测量可以根据不同的制造商、应用需求或标准组织的规定而有所不同。

例如，制造商可能会使用自己的测试条件和定义，而行业标准通常由诸如JEDEC、IEEE、IEC（国际电工委员会）等组织所制定。

simulink仿真开关电源,mosfet的参数设计

simulink仿真开关电源,mosfet的参数设计1. 引言1.1 概述本文旨在探讨Simulink仿真在开关电源中的应用以及如何通过设计MOSFET 参数来优化仿真结果。

开关电源作为一种常用的电源类型，在电子设备中具有重要的应用价值。

而Simulink作为一款强大的仿真软件，可以精确模拟开关电源的各个环节，帮助工程师们进行系统设计、分析和优化。

1.2 文章结构本文将按照以下结构展开论述：首先，介绍Simulink仿真在开关电源中的应用，并概括开关电源设计流程；其次，详细说明MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的作用、特点以及参数对仿真结果的影响分析；然后，通过具体案例展示Simulink上搭建仿真模型和设置参数的步骤，并分析优化建议；最后，对全文进行总结并展望未来可能的研究方向。

1.3 目的本篇长文旨在加深读者对Simulink仿真开关电源以及MOSFET参数设计方面的理解和运用能力。

通过系统地介绍仿真流程和参数优化方法，读者可以了解到如何利用Simulink来更好地设计和分析开关电源系统，以及如何通过MOSFET参数的合理设计来改善仿真结果。

此外，本文还将介绍一些仿真实例，并提供有关优化建议，以帮助工程师们在实际项目中应用仿真技术进行开关电源设计与研究。

以上是1. 引言部分的内容，请继续撰写后续部分。

2. Simulink仿真开关电源2.1 开关电源工作原理开关电源是一种将输入直流电压转换为输出直流电压的电力转换器。

它采用了开关器件（如MOSFET）以及相关的控制电路来实现对电源输出的精确控制。

开关电源基本工作原理是：通过一个开关管（MOSFET）周期性地将输入直流电压加到变压器的主绕组上，由于变压器中有两个或多个次级绕组，所以可同时获得不同大小和极性的交流电压值。

然后，通过滤波、稳压等环节将得到的交流信号转换为稳定的直流输出。

2.2 Simulink在开关电源仿真中的应用Simulink是一款常用的建模和仿真软件工具，它提供了强大的图形化界面以及丰富多样的模块库，非常适合用于开关电源系统的建模和仿真。

MOSFET的简述及工作原理及应用领域解析

MOSFET的简述及工作原理及应用领域解析描述MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor-金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种半导体器件，广泛用于开关目的和电子设备中电子信号的放大。

由于MOSFET的尺寸非常小，因此MOSFET既可以是核心也可以是集成电路，可以在单个芯片中进行设计和制造。

MOSFET器件的引入带来了电子开关领域的变化。

1 什么是MOSFET？MOSFET是具有源极（Source），栅极（Gate），漏极（Drain）和主体（Body）端子的四端子设备。

通常，MOSFET的主体与源极端子连接，从而形成诸如场效应晶体管的三端子器件。

MOSFET通常被认为是晶体管，并且在模拟和数字电路中都使用。

这是MOSFET的基本介绍。

该设备的一般结构如下：场效应晶体管根据上述MOSFET结构，MOSFET的功能取决于沟道宽度中发生的电气变化以及载流子（空穴或电子）的流动。

电荷载流子通过源极端子进入通道，并通过漏极离开。

沟道的宽度由称为栅极的电极上的电压控制，该电极位于源极和漏极之间。

它与极薄的金属氧化物层附近的通道绝缘。

器件中存在的MOS容量是整个操作的关键部分。

带有端子的MOSFETMOSFET可以通过两种方式发挥作用：1）耗尽模式（Depletion Mode）2）增强模式（Enhancement Mode）耗尽模式当栅极端子两端没有电压时，该通道将显示其最大电导。

而当栅极端子两端的电压为正或负时，则沟道电导率会降低。

举例：增强模式当栅极端子两端没有电压时，该器件将不导通。

当栅极端子两端的电压最大时，该器件将显示出增强的导电性。

增强模式2 MOSFET的工作原理MOSFET器件的主要原理是能够控制源极端子和漏极端子之间的电压和电流。

它几乎像一个开关一样工作，并且该设备的功能基于MOS电容器。

MOS电容器是MOSFET的主要部分。

MOS管参数详解及驱动电阻选择

MOS管参数解释MOS管介绍在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，一般都要考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等因素。

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

这两种增强型MOS管，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，一般都用NMOS。

在MOS管内部，漏极和源极之间会寄生一个二极管。

这个叫体二极管，在驱动感性负载(如马达)，这个二极管很重要，并且只在单个的MOS管中存在此二极管，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，这不是我们需要的，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，但没有办法避免。

MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到一定电压（如4V或10V, 其他电压，看手册）就可以了。

PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。

但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，因而在DS间流过电流的同时，两端还会有电压，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，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，几十毫欧左右MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。

MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。

通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。

各类MOSFET电路及特性分析

功率MOSFET的正向导通等效电路功率MOSFET的正向导通等效电路张兴柱博士张兴柱博士张兴柱博士功率MOSFET的正向截止等效电路功率MOSFET的正向截止等效电路张兴柱博士功率MOSFET的稳态特性总结功率MOSFET的稳态特性总结张兴柱博士包含寄生参数的功率MOSFET等效电路包含寄生参数的功率MOSFET等效电路张兴柱博士功率MOSFET的开通和关断过程原理张兴柱博士t]：关断过程[95~t-- 在t5前，MOSFET工作于导通状态，t5时，MOSFET被驱动关断；-- [t5-t6]区间，MOSFET的Cgs电压经驱动电路电阻放电而下降，在t6时刻，MOSFET的通态电阻微微上升，DS电压梢稍增加，但DS电流不变；-- [t6-t7]区间，在t6时刻，MOSFET的Millier电容又变得很大，故GS电容的电压不变，放电电流流过Millier电容，使DS电压继续增加；-- [t7-t8]区间，至t7时刻，MOSFET的DS电压升至与Vgs相同的电压，Millier电容迅速减小，GS电容开始继续放电，此时DS电容上的电压迅速上升，DS电流则迅速下降；-- [t8-t9]区间，至t8时刻，GS电容已放电至Vth，MOSFET完全关断；该区间内GS电容继续放电直至零。

因二极管反向恢复引起的MOSFET开关波形因二极管反向恢复引起的MOSFET开关波形张兴柱博士功率MOSFET的功率损耗公式功率MOSFET的功率损耗公式张兴柱博士功率MOSFET的选择原则与步骤功率MOSFET的选择原则与步骤张兴柱博士理想开关的基本要求理想开关的基本要求张兴柱博士用电子开关实现理想开关的限制用电子开关实现理想开关的限制张兴柱博士（1）：电子开关的电压和电流方向有限制：（2）：电子开关的稳态开关特性有限制：-- 导通时有电压降；（正向压降，通态电阻等）-- 截止时有漏电流；-- 最大的通态电流有限制；-- 最大的阻断电压有限制；-- 控制信号有功率要求，等等。

MOS管概述要点

基本电子电路系列——MOS管MOS管学名是场效应管，是金属-氧化物-半导体型场效应管，英文：MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor），属于绝缘栅型。

本文就结构构造、特点、实用电路等几个方面用工程师的话简单描述。

其结构示意图：解释1：沟道上面图中，下边的p型中间一个窄长条就是沟道，使得左右两块P型极连在一起，因此mos管导通后是电阻特性，因此它的一个重要参数就是导通电阻，选用mos管必须清楚这个参数是否符合需求。

解释2：n型上图表示的是p型mos管，读者可以依据此图理解n型的，都是反过来即可。

因此，不难理解，n型的如图在栅极加正压会导致导通，而p型的相反。

解释3：增强型相对于耗尽型，增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通，如图。

栅极电压越低，则p型源、漏极的正离子就越靠近中间，n衬底的负离子就越远离栅极，栅极电压达到一个值，叫阀值或坎压时，由p型游离出来的正离子连在一起，形成通道，就是图示效果。

因此，容易理解，栅极电压必须低到一定程度才能导通，电压越低，通道越厚，导通电阻越小。

由于电场的强度与距离平方成正比，因此，电场强到一定程度之后，电压下降引起的沟道加厚就不明显了，也是因为n型负离子的“退让”是越来越难的。

耗尽型的是事先做出一个导通层，用栅极来加厚或者减薄来控制源漏的导通。

但这种管子一般不生产，在市面基本见不到。

所以，大家平时说mos管，就默认是增强型的。

解释4：左右对称图示左右是对称的，难免会有人问怎么区分源极和漏极呢？其实原理上，源极和漏极确实是对称的，是不区分的。

但在实际应用中，厂家一般在源极和漏极之间连接一个二极管，起保护作用，正是这个二极管决定了源极和漏极，这样，封装也就固定了，便于实用。

我的老师年轻时用过不带二极管的mos管。

非常容易被静电击穿，平时要放在铁质罐子里，它的源极和漏极就是随便接。

解释5：金属氧化物膜图中有指示，这个膜是绝缘的，用来电气隔离，使得栅极只能形成电场，不能通过直流电，因此是用电压控制的。

场效应管功能及参数介绍

2.2场效应管功能及参数介绍开关电源的基本电路由“交流一直转换电路”, “开关型功率变换器”, “控制电路”和整流稳波电路”而组成.输入的电网电压通过“交流一直流转换电路”中的整流和稳器转换成直流电,该直流电源作为“开关型功率变换器”的输入电源,经过“开关型功率更换器”将直流电转变为高频脉冲电波电压输出给“整流滤波电路”,变成平滑直流供给负载,控制电路则起着控制“开关型功率变换器”工作的作用.开关型功率变换器是开关电源的主电路,开关电源的能量转换,电压变换就由它承担.在直流变换器的基础上,由于高频脉冲技术及开关变换技术的进一步发展,出现了推挽式开关型功率变换器,全挢式开关型功率变换器,半挢式﹑单端正激式.单端反激式开关型功率变换器.其控制方法可分为脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频调制(PFM)两种.开关电源最重要的组件是MOSFET,它的开通和关短控制着整个电源运转.MOSFET原意是MOS(METAL OXIDE SEWILONDUCTOR,金属氧化物半导体)FET(FIELD DFFECT TRAHSISTOR,场效应晶体),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(0),利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管.功率场应晶体管也分为结型绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semi Conductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSPET).结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(STATIC INTUCTION TRANSISTOR,缩写为SIT).其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10KW的电力电子装置.国际整流器公司.(在International Rectifier,缩写IR)把MOSFET用于高压的器件归纳为第3,6,9代,其中包括3,5代,而用于低压的则为第5,7,8代.功率MOSFET按导电沟通可分P沟道和N沟道;按栅极电压幅值可分为耗尽型(当栅极电压为零时漏,源极之间就存在导电沟道)和增强型(对于N或P沟道器,件栅极电压大珪或小于零时才存在导电沟道,功率MOSFET主要是N沟道增强型).2.2.1.功率MOSFET的结构功率MOSPET的内部结构和电气符号如下周所示,其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管.导电机理与小功率MOS管相同,但结构上有极大区别.小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET.大大提高了MOSFET 器件的耐压和耐电流能力.按垂直导电结构的差异,又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET的结构为多元集.如国际整流器公司的HEXFET采用六边形单元;西门子公司的STPMOSFET采用了正方形单元;摩托罗拉公司的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列.2.2.2功率MOSFET的工作方式截止:漏极间加正电源,栅源极间电压为零.P基区与N漂移区之间形成的PN结,反偏;漏源极之间无电流流过.导电:在栅源极间加正电压Vgs,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过.但栅极的正电压会将其下P区中的空穴推开.,而将P区中的少子---电子吸引到栅极下面的P区表面.当Vgs大于UT(开启电压或阀值电压)时,栅极下面P区表面的电子浓度将超过空穴的浓度,P型半导体反型成N型而成为反型层,该反型层形成N沟道而PN结缩小消失,漏极和源极导电.2.2.3功率MOSFET的基本特性1.静态特性其转移特性和转出特性如图所示漏极电流Id和栅源间电压Vgs的关系为MOSFET的转移特性.Id较大时,Id与Vgs的关系近似线性 ,曲线的斜率定义为跨导Gfs.在恒流区内,N信道增强型MOSFET的Id可近似表示为:id=Ido(Vgs/VT-1)² (Vgs>VT)图2.3 场效应管的静态特性或取Ido是Vgs=2Vt时的id值MOSFET的漏极伏安特性(输出特性)与GTR的对应关系为:截止区对应于GTR的截止区;饱和区对应于GTR的放大区;非饱和区对应于GTR的饱和区.MOSFET工作在开关状态,即在截止区和非饱和区之间来回转换.MOSFET漏源极之间有寄生二极管,漏源极间加反向电压时器件导通.功率MOSFET的通态分数,对器件幷联时的均流有利.2.动态特性其测试电路和开关过程如下图所示,开遍延迟时间Td(on)指Vp前沿时刻到Vs等于Vt幷开始出Id的时刻间的时间段.上升时间Tr指Vgs上升到MOSFET进入非绝和区的栅压Vgsp的时间段.Id稳态值由漏级电源电压Ve和漏级负载电阻决定.Vgsp的大小和Id的稳态值有关.Vgs达到Vgsp后,在Vp作用下继续升高直至达到稳态,但Id已不变.开通时间ton指开通延迟时间与上升时间之和.关断延迟时间td(off)指Vp下降到零起,Cin通过Rs和Rg放电,Vgs按指数曲线下降到Vgsp时,Id开始减小为零的时间段.下降时间在指Vgs从Vgsp继续下降起,Id减小,到Vgs<Vt时沟道消失,Id下降到零为止时间段.关段时间 toff指关断延迟时间和下降时间之和.3.MOSFET的开关速度MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系.使用者无法降低Cin,但可降低驱动电路内阻Ro,减小时间常数,加快开关速度.MOSFET只靠多子导电,不存在少子储存效应,因而关断过程非常迅速.它的开关时间在10~100ns之间,工作频率可迖100KHE以上,是主要电力电子器件中最高的. 场控器件静态时几乎不需输入电流.但在开关过程中需对输入电容充放电,仍需一定的驱动动率.开关频率越高,所需要的驱动功率越大.图2.4 场效应管的开关波形4.动态性能的改进在器件应用是除了要考虑器件的电压,电流,频率外,还必须牚握在应用中如何保护器件,不使器件在瞬志变化中受损害.晶间管是两个双极型晶体管的组合,又加上因大面积带来的大电容,所以,其dv/dt能力是较为脆弱的.对di/dt来说,它还存在一个导通区的扩展问题,所以也带来相当严格的限制.功率MOSFET的情况有很大的不同.它的dv/dt及di/dt的能力常以每纳秒的能力来估量.尽管如此,它也存在动态性能的限制,对于这些,我们可以以从功率MOSFET的基本结构予以理解.图2.5 功率MOSFET的等效电路如图2.5所示,除了考虑器件的每一部分存在电容以外,还必须考虑MOSFET还幷联着一个二极管,同时,从某个角度看,它还存在一个寄生晶体管(就像IGBT)也寄生着一个晶间管一样),这几个方面是研MOSFET动态特性很重要的因素.首先,MOSFET结构中所附带的寄生二极管具有一定的雪崩能力.通常用单次雪崩能力和重复雪崩能力来表迖.当反向di/dt很大时,二极管会承受一个速度非常快的脉冲尖制,它有可能进入雪崩区,一旦超越其雪崩能力就有可能将器件损坏.对于任一种PN结二极管来说,仔细研究其动态特性是相当复杂的.它们和我们一般理解PN结正向时导通而反向时阻断的简单概念很不相同.当电流迅速下降时,二极管有一阶段失去反向阻断能力,即所谓反向恢复时间.PN结要求迅速导通时,也会有一段时间幷不显示很低的电阻.在功率MOSFET中,一旦二极管有正向注入,所注入的少数载流子也会增加,是作务多子器件的MOSFET的复杂性.应在功率MOSFET的统计过程采取措施,使其中的寄生晶体管尽量不起作用.在不同代的功率MOSFET中所采取的措施有所不同,但总的原则是使漏极下的横向电阻Rb的值尽量小.因为,只有在漏极N区下的横向电阻流过足够电流,为这N区功力正偏的条件下,寄生的双极性晶阐管才开始发难.然而,在严峻的动态条件下,因dv/dt通过相应电容引起的横向电流可能足够小.此时,这个寄生的双极性晶体管就会启动,有可能给MOSFET带来损坏,所以,考虑瞬志性能时,对功率MOSFET器件内部的各个电容都必须予以注意.2.3.4 MOSFET的主要参数1.漏源击穿电压Udss:Udss通常为结温在25℃ ~150℃之间,对漏源极的击穿电压.该参数限制了MOSFET的最高工作电压,常用的MOSFET的Udss通常在1000V以下.尤其以500V及以下器件的各项性能最佳.需要注意的是,常用的MOSFET的漏源击穿电压具有正温度系数,因此在温度低于测试条件时,Udss会低于产品手册中给出的资料.2.漏极连续电流额定Id和漏极脉冲电流峰值Idm:这是标称电力MOSFET电流定额的参数,一般情况下,Idm是Id的2~4倍.工作温度对器件的漏极电流影响很大,生产厂商通常也会给出不同壳温下,允许的漏极连续电流变化情况.在计算实际器件参数时,必须考虑其损耗及散热情况得出壳温,由此核算器件的电流定额.通常在壳温为80~90℃时,器件可用的连续工作电流只有Tc=25℃时Id的60%~70%.3.漏源通态电阻Rds(on):该参数是栅源间施加一定电压(10~15V)时,漏源间的导通电阻,漏源通态电阻Rds(on)直接影响器件的通态降及损耗,通常对于额定电压低﹑电流大的器件,Rds(on)较小.此外, Rds(on)还与驱动电压及结温有关.增大驱动电压,可以减小Rds(on). Rds(on)具有正的温度系数随着结温的升高而增加,这一特性使MOSFET幷联运行较为容易.4.栅源电压Ugss:由于栅源之间的SiQ2绝缘层很薄,Ugs｜>20V时将导致绝/缘层击穿.因此在焊接﹑驱动等方面必须注意.5.跨导Gfs:在规定的工作点下,MOSFET转移特性曲线的斜率称为该器件跨导,即Gfs=Did/dugs6.极间电容:MOSFET的三个电极之间分别存在极间电容Cgs﹑Cgd和Cds.,一般生产厂商提供的是漏源极短路时的输入电容Ciss﹑共源极输出电容Coss和反向转移电容Crss.它们之间的关系是:Ciss=Cgs+CgdCrss=CgdCoss=Cgd+Cds尽管MOSFET是用栅源间电压驱动的,阻抗很高,但由于存在输入电容Ciss,开关过程中驱动电路要对输入电容充放电.这样,用作高频开关时,驱动电路必须具有很低的内阻抗及一定的驱动电流能力.2.2.5米勒效应与米勒电容值和三极管一样,米勒效应和米电容值是MOSFET高频环路的一重要参数,在图下44中是一个简单的高频晶体管模型,图中产生一个负载电阻连接到输出,在这里我们确定电流增益,目的就是为了论证米勒效应.在输入结点a上,我们利用KCL电流环路,可以写出如下方程:Ii=jwCgsVgs+jwCgd(Vgs-Vds) ①在这里Ii是输入电流,类似地在输出结点b上的点输出电流为:Vds/RL+gmVgs+jwCgd(Vds-Vgs)=0 ②我们可以联立①②消去Vds,输入电流可以为:Ii=jw{Cgs+Cgd[1+gmRL/1+jwRLCgd]}Vgs ③一般情况下,(wRLCgd)远比1小,因此我们可以忽略jwRLCgd,因此③方程可以写为:Ii=jw[Cgs+Cgd(1+gmRL)]Vgs ④而由我们以前关于米勒电容的描述方程,参数Cm,即米勒电容值可表示如下:Cm=Cgd(1+gmRL).在方程⑤中可以清楚地表明附加D极迭加电容的等效容值,当晶体管被偏置在饱和区时,作为放大电路中,总的Cgd电容值主要是迭加电容,由于米勒效应迭加电容会翻倍,并且在一个限定的放大宽带里会变成一个有意义的参数,追求小的迭加电容是其结构的又一挑战.MOSFET的关断频率ft被定义为在电流增益为1时的频率,或是输入电流Ii的幅值等于理想负载电流Id,即Ii=jw(Cgs+Cm)Vgs;理想负载电流:Id=gmVgs ⑥因此电流幅度的增益为:∣Ai∣=∣Id∣/∣Ii∣∣Ai∣＝∣Id∣/∣Ii∣=gm/2πf(Cgs+Cm) ⑦∣Ai∣=1,我们可以得到关断频率Ft=gm/2π (Cgs+Cm) = gm/2πCG在这里CG是一个输入g极电容的等效值.2.2.6 MOSFET的驱动驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口,是实现主电路中电力电子器件按照预定的设想运行的重要环节.采用性能良好驱动电路,可以使电力电子器件工作在较为理想的开关状态,缩短开关时间,减小开关损耗.此外,对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中,或通过驱动电路实现,因此驱动电路对装置的运行效率﹑可靠性和安全性都有重要的影响.驱动电路的基本任务是将控制电路发出的信号转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间﹑可以使其开通或关断的信号.同时驱动电路通常还具有电气隔离及电力电子器件的保护等功能.电气隔离是实现主电路间电量的隔离,在含有多个开关器件的电路中,电气隔离通常是保证电路正常工作的必要环节,同时电气隔离可以减少主电路开关噪声对控制电路的影响,幷提高控制电路的安全性.电气隔离一般采用光隔离(如光耦合器)或磁隔离(如脉冲变压器)来实现.MOSFET为电压驱动型器件,其静态输入电阻很大,所以需要的驱动功率较小.但由于栅源间﹑栅射间存在输入电容,当器高频通断时,电容频繁充放电,为快速建立驱动电压,要求驱动电路输出电阻小,且具有一定的驱动功率.MOSFET开通的栅源极间驱动电压一般取10~15V,在器件关断时,对器件施加反向电压可减小关断时间,保证器件可靠关断,反向电压一般为0~15V.此外,在栅极驱动回路中,通常需串入一个低值电阻(数欧至数十欧),以减小寄生振荡,该电阻阻值应随被驱动器件电流额定值的增大而减小.2.2.7 MOSFET的栅极驱动电流和驱动电阻的算法在MOSFET的驱动中,它不像双晶体一样,要使用精确的逆向电流才能使晶体管关闭,这是由于MOSFET为多数载流子的半导体,因此只要将栅极额到源极电压移去,就可将MOSFET关闭.移去栅极电压时,这时漏源之间会呈现很高的阻抗,因而除了漏电流外,可抑制其它电流的产生.MOSFET的直流输入阻抗是非常高的.在Vgs等与10V时,其栅极电流只是毫安级的.因此一旦栅极被驱动起来,在Vgs等与10V时,这个电流可以被忽略.然而,在栅-源极间有一个相当大的电容值,这就需要一个相对大的电流值,使栅极至源极电压脉冲波必须传输足够的电流,在期望的时间内,给输入电容器充电, 假如Vgs等与10V时来驱动栅极的开关来控制漏极电流的开关速率,在这里栅极驱动电流值一定要被精确算出来.在图2.6中,在Vgs等与10V时,Ig由两部分I1和I2组成,包括两个电容C1何C2.其中是栅极到源极的的结电容,可用Ciss来表示,C2是栅极到漏极的结电容,可用Crss来表示.对于在开通时间Tr,栅-源电压为10V时,栅极所需的驱动电流I1为图2.6 场效应管的工作电路然而,当驱动电流达到10V时,漏极的开关电压是从Vdc到Vgs之间的变动,有时会被带的更低.由于在此期间C2最高变动电压为Vdc,最低变动为10V.所以在此期间其所需的驱动电流I2为此外,驱动电压源阻抗Rg必须很低,目的就是为了实现晶体管的高速开关作用,这里我们有下面一个简略的公式可以大体算出2.2.8 MOSFET栅极驱动的优化设计MOS管的驱动对于MOS管的工作效果起着决定性的作用.我们往往既要考虑减少开关损耗,又要求驱动波形较好,即振荡小.过冲小,EMI 小,这往往是立相矛盾的;需要寻求一个平衡点即驱动电路的优化设计.优化驱动电路设计包含两个部分,一是最优化的驱动电流,电压的波形,二是最优化的驱动电压,电流的大小.在驱动电路优化设计之前我们必须先清楚MOS管的模型,MOS管的开关过程,MOS[管的栅极电荷以及MOS管有的输入输出电荷,跨越电荷,等效电荷等参数对驱动的影响.(1)MOS管的模型MOS管的等效电路模型及寄生参数如下图所示.其中LP和R9代表封装端到实际的栅极间线路的电感和电阻.C1代表从栅极到源端N4间的电阻,它的值是由结构因的.C2+C4代表从栅极到源P区间的电容,C2是电介质电容,其值是因定的,而C4由源极到漏极的耗尽区的大小决定,幷随栅极电压的大小而改变.当栅极电压从0升到Vgs(th)时,C4使整个栅极源电容增加10%~15%.C3+C5也是由一个固定大小的电介质电容和一个可变电容构成,当漏极电压改变极性时,其可变电容变得相当大.C6也是随漏极电压变换的漏涛电容.MOS管的输入ˋ输出电容ˋ跨越电容和栅源电容,栅漏电容,漏源电容间的关系如下:Ciss=Cgs+Cgd~C1+C4+C5;(Crss=Cgd~C5)Coss=Cds+Cgd~C5+C6(2)MOS管的开通过程开关管的开关模式电路如下所示,二极管可以是外接的或MOS管已有的,.开关管在开通时的二极管电压,电流波形如下图所示.在图中阶段1.开关管关断,开关电流为零,此时二极管电流和电感电流相等;在阶段2开关打开,开关电流上升,同时二极管电流下降.开关电流上升的斜率和二极管电流下降的斜率的绝对值相同,符号相反;在阶段3开关电流继续上升,二极管电流继续下降,幷且二极管从负的反向最大电流Irrm开始减小,开关管的从正的最大电流也开始减小,它们斜率的绝对值相等;在阶段5开关管完全开通,二极管的反向恢复完成.开关管电流等于电感电流.下图二是存储电荷高或低的两种二极管电流,电压波形.从图中我们可以看出存储电荷少,即在空载或轻载时是最坏条件.所以我们优化驱动电路设计时应着直考虑前置电流低的情况,即空载或轻载的情况,应使这时二极管产生的振动在可接受范围内.(3)栅极电荷Qg和驱动效果的关系栅极电荷Qg是使栅极电压0从升到10v所需的栅极电荷,它可以表示为驱动电流X开通时间或栅极电容X栅极电压.现在大部分MOS 管的栅极电荷Qg值从几十nC到一二百nC.栅极电荷Qg包括栅极到源极电荷Qgs和栅极到漏极电荷,Qgd,即密勒电荷.Qgs是使栅极电从0升到门限值(约3v)所需电荷;Qgd是漏极电压下降时克服密勒效应所需电荷.这存在于Vgs,曲线比较平坦的第二段(如图一所示),此时栅极电压不变,栅极电荷积聚而漏极电压急剧下降,也就是在这时候需要驱动尖峰电流限制,这由苾片内部完成或外接电阻完成.实际的Qg还可以略大,以减小等效Ron,但是太大也不益,所以10v到12v的驱动电压是比较合理的.这还包含一个重要的事实:需要一个高的尖峰电流以减小MOS管损耗和转换时间.重要的是,对于IC来说,MOS管的平均电容负荷幷不是MOS管的输入电容Ciss,而是等效输入电容Ceff:Ceff=Qg/Vgs,即整个0<Vgs<Vgs(th)的等效电容,而Ciss只是Vgs=0时的等效电容.漏极电流大Qg波形的Qgd阶段出现,此时漏极电压依然很高,MOS管的损耗此时最大,幷随Vds的减小而减小.Qgd的大部分用来减小Vds 从关断电压到Vgs(th)产生的密勒效应.Qg波形第三段的等效负载电容是: Ceff=[Qg-(Qgd+Qgs)]/[10v-Vgs(th)](4)优化栅极驱动设计在大多数的开关功率应用电路中,当栅极被驱动,开关导通时漏极电流上升的速度是漏极电压下降速度的几倍,这将造成功率损耗增加.为了解决问题,我们可以增加栅极驱动电流,但增加栅极驱动电流上升斜率又将带来过冲.振荡EMI等问题.为了优化栅极驱动设计,这些互相矛盾的要求必须寻求一个平衡点,而这个平稀点就是开关导通蛙漏极电流上升的速度和漏极电压下降速度相等这样一种波形,理想的驱动波形如下图所示:图中的Vgs波形包括了这样几部分:Vgs第一段是快速上升到门限电压;Vgs第二段是比较缓的上升速度以减慢漏极电流折上升速度,但此时的Vgs也必须满足所需的漏极电流值;Vgs第四段快速上升使漏极电压快速下降;Vgs第五段是充电到最后的值.当然,要得到完全一样的驱动波形是很困难的,但是可以得到一个大概的驱动电流波形,其上升时间等于理想的漏电压下降时间或漏极电流上的时间,幷且具有足够的尖峰值来充电开关期间的较大等效电容.该栅极尖峰电流Ip的计算是:电荷必须完全满足开关时期的寄生电容所需,即Qg=Ip*ton/2 而Qg=Ciss[2.5Vgs(th)+Id/Gm]+Crss(Vdd-Vgs(th))其中ton=tn+td+tr 所以Ip=2/ton Ciss[2.5Vgs(th)+Id/Gm]+Crss[Vdd-Vgs(th)]2.2.9.MOS上的热耗计算半导体的失效率通过多年的测试才能更好的估计出与温度之间的关系,在这里重现出内部的图面,如下所示:这是一幅从统计学上预计了NPN硅晶体管的特性,它也表明了一般大多数电子元器件随温度上升的快速增长失效率.特别是在高温下,其作用十分明显.如一个晶体管在180度时的寿命只有在25度时的1/20,或者可以说有20倍的失效率.图2.7 半导体内部的图面明显的,当有更多的类型的元器件导入到电源中时,其失效率就对高温更加的敏感.因此,对一个电源来讲,必须考虑它的温升,在组件的选用时更是如此.因此在这里考虑MOS的温升是十分有必要的.(1)在MOS上的热量分析(与电路中的电流相当)明显,根部是管中最热的地方,由左向右传递,最后到达散热器中,这个散热器与空气环境相连.存在一个热传导器与散热器相连.其传导率Q由Fourier定理来求:Q=(A*Td)/(L*Rθ)在此,Q为热率, Td为两部分的温度差,A为穿过部分的面积,L为传导长度也即传导宽度. Rθ为结与空气间的热阻.A和L是物理数据,在此可以近似的表示为:QαTd/Rd 与 I=V/R 相似的但这一公式只适用于一般的固体热传导.若是用热管来传导,将有一个不是线性的热阻,则就不遵循这一平衡.而在热传导不好的金属中,在一般的晶体温度下各种随温度的热阻是微不足道的,可以把其忽略.(2)热阻Rθ(相当于电路中的电阻)任以以上为例,假定消耗了10J/S(Q=10W),热量也跟着消耗(在此相对于10A电流)将加重内部的温差Td, 在热阻上相应的就有热量发出.当一稳态被建立,在内部的温度可能被聚集起来由于温度的上升和热阻的散热.在本例中,是由边缘的表面与空气交换温度.内部温度恒定,其它形式的温度在内部能通过由右到左集累.如图,可见其关系式图2.8 热阻等效由上图可见,可以认为有三个热阻Rjc,Rch,Rha.其中从右至左, Rha是最重要的,因它在其中是最大的.它指由边缘传热到空气中的热阻值.第二个Rch指有一个来自边缘通过云母绝热片,到达MOS的表壳.而最后一个Rjc是指壳到内部结点的热阻.为方便,可以认为每一部分的热阻都是独立的,在内部开始交换.这样,等同于电路中的电阻,则有其整个的热阻为Rθ= Rjc+Rch+Rha.可以用这个来衡量由结点到空气的总的温度差.用公式表示为:T=Q*Rθ (其中的T为温升, Q为结点上的消耗.)(3)结温的计算由以上可见,因损耗机易被知道,MOS的结温很容易就被建立.而在实际中,开关模式中的损耗是机难建立的,由于这样的因素,我们必须建立热模型,通过测俩不同的温度下穿过内部已知热阻的热量来算.温差可以由每秒中结上产生的热量和热阻来定义.由前图给出,已知热率和温差.对每一个热器件,可以用下式表示:△T=Wj* Rθ (其中△T为温差, Wj为结上的损耗)不同内部的温度可以用下式表示:热器表面温度Th:Th=( Wj* Rha)+Tamb (其中的Tamb为空气温度)MOS表面的温度:Tds=[ Wj*( Rch+Rha)]+ Tamb结温度是整个穿过组件的温度,包括环境温度:Tj=[ Wj*( Rjc+Rch+Rha)]+ Tamb由以上可知,如果在结上的能耗和热阻到热器或者散热器上的损耗已知,那幺这个结和内部的温度就可以被清楚计算,若果散热器上的温度被测量出来和热阻已知的情况下,结温损耗也就可以知道了.。

MOSFET的原理特性作用及应用

MOSFET的原理特性作用及应用MOSFET的原理基于金属-氧化物-半导体结构，它由一个金属栅极、一个绝缘层氧化物和一个半导体通道层组成。

当栅极施加正电压时，栅极电场可以改变半导体中的电荷分布，并且在通道中形成一个导电层。

这个导电层的形成导致源和漏之间的电流流动，控制了MOSFET的导通和截止状态。

1.高输入电阻：MOSFET的栅极与通道之间的氧化物层具有很高的电阻，因此栅极电流非常小，可实现高输入电阻。

2.低输出电阻：当MOSFET导通时，通道中形成的导电层具有很低的电阻，可以实现低输出电阻。

3.高增益：MOSFET的电流放大系数较大，可以实现信号放大。

4.高频特性好：MOSFET的导通能力强，响应速度快，适用于高频信号放大和数字电路。

根据MOSFET的不同工作模式，可以分为三种类型：1.堆栈式增强型MOSFET（nMOSFET）：当栅极施加正电压时，导通；施加负电压时，截止。

常用于开关电路和逻辑门。

2.堆栈式耗尽型MOSFET（pMOSFET）：当栅极施加负电压时，导通；施加正电压时，截止。

常用于开关电路和逻辑门。

3.堆栈式增强型MOSFET（CMOSFET）：结合了nMOSFET和pMOSFET的特性，可以实现低功耗和高性能的数字电路。

1.逻辑电路：MOSFET的高速开关特性使其成为数字逻辑门的理想选择，如与门、或门和非门等。

2.放大器：MOSFET具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此可以用作放大器来放大小信号。

3.开关电路：MOSFET能够实现快速开关，因此被广泛应用于开关和电源管理电路中。

4.高频电路：MOSFET的高频特性使其适用于射频放大器、混频器和振荡器等高频电路。

5.电源稳压器：MOSFET可用于构建电源稳压器，保持电压稳定。

6.传感器：MOSFET在传感器中用作信号放大器和开关。

总之，MOSFET是一种重要的半导体器件，具有高性能和多功能的特点。

它的原理基于金属-氧化物-半导体结构，通过改变栅极电场来控制通道中的导电层，从而实现电流的导通和截止。