MOSFET簡介

MOSFET的全稱為：metal oxide semiconductor field-effect transistor，中文通常稱之為，金屬-氧化層-半導體-場效晶體管。

MOSFET最早出現在大概上世紀60年代，首先出現在模擬電路的應用。

功率MOSFET在上世紀80年代開始興起，在如今電力電子功率器件中，無疑成為了最重要的主角器件。

MOSFET的簡單模型

MOSFET的一些主要參數

耐壓：通常所說的VDS，或者說是擊穿電壓。那么一般MOS廠家是如何來定義這個參數的呢？

上面這個例子顯示，當驅動電壓為0，Vds達到200V的時候，Id這個電流達到了250uA，這個時候認為已經達到擊穿電壓。

不同的廠家對此定義略有不同，但是基本上來說，當電壓超過擊穿電壓，MOS的漏電流就會急劇上升。

導通電阻：MOSFET在導通之后，其特性可以近似認為是一個電阻

上面這個例子表示，在驅動電壓為10V的時候，導通電阻為0.18歐姆。

導通電阻的溫度關系：MOS的導通電阻隨溫度上升而上升，下圖顯示該MOS的導通電阻在結溫為140度的時候，為20度時候的2倍。

導通閥值電壓：就是當驅動電壓到達該值之后，可認為MOS已經開通。
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上面這個例子，可以看到當Vgs達到2-4V的時候，MOS電流就上升到250uA。這時候可認為MOS已經開始開通。

驅動電壓和導通電阻，最大導通電流之間的關系。

從下圖可以看到，驅動電壓越高，實際上導通電阻越小，而且最大導通電流也越大。

導通閥值電壓隨溫度上升而下降

MOSFET的寄生二極管

寄生二極管比較重要的特性，就是反向恢復特性。這個在ZVS，同步整流等應用中顯得尤為重要。

MOSFET的寄生電容：

這三個電容的定義如下：

MOS的寄生電容都是非線性電容，其容值和加在上面的電壓有關。所以一般的MOS廠家還會用另外一個參數來描述這個特性：

MOSFET的驅動技術

MOS雖然是電壓型驅動，但是由于寄生電容的存在，必須要求驅動電路提供一定的驅動電流。

較小的驅動電流，會導致MOS的GS電壓上升緩慢，降低了開關速度，提高了開關損耗。

米勒電容Cgd：

米勒電容雖然看起來很小，但是對驅動的影響很大，特別在VDS比較高的場合。但是在ZVS和同步整流等應用中，由于VDS會在驅動上來之前，下降到零，就不存在這個問題。

上面的例子定義驅動能力為峰值電流（在特定條件下）

有些廠商就用內阻來定義驅動能力。

當IC本身的驅動能力不足的時候，就需要外加驅動電路來增強驅動能力，以達到快速開關MOS的需求。

1.采用分立器件，比如圖騰柱。

2.采用集成的驅動IC。

MOSFET的低端（low side）驅動：所謂低端驅動，就是驅動電路的參考地，就是MOS的S端。

低端驅動，電路往往比較簡單，除了驅動能力之外，還是需要注意一些細節。

MOSFET的高端（High Side)驅動。

很多情況下，MOSFET的S極并不是IC的參考地，比如BUCK開關管，橋式電路的上管……

自舉驅動，利用自舉電路，自動抬升供電電壓。自舉的驅動芯片種類很多，但是需要注意其耐壓。

對于二極管整流的buck，自舉驅動需要注意的問題。

利用變壓器隔離驅動：對于浮地的MOS，或者和IC隔離的MOS，通常可以采用變壓器隔離驅動。

變壓器隔離驅動的關鍵：變壓器隔離驅動關鍵考慮的問題，就是變壓器的復位，比較常用是利用隔直電容來復位，但是需要注意的是，采用隔直電容之后，有可能變壓器傳遞的電壓幅度和占空比有關。需要考慮變壓器的變比。

對于跨初次級的驅動變壓器，還需要考慮其耐壓的問題。

利用簡單倍壓電路來抬升驅動電壓。

下圖的驅動電路，可以傳遞大占空比的驅動信號，而且可以讓驅動電壓不下降。

隔直電容帶來的問題：由于隔直電容會儲存能量，所以在驅動消失之后，隔直電容會和變壓器產生諧振，導致驅動電路傳遞錯誤的驅動信號。

為了降低這個問題的影響，可以利用這些電阻來阻尼這個震蕩。

對具有隔直電容的驅動電路，有些IC會植入soft stop的功能：在關機時候，讓驅動的占空比逐漸降低到0。

為了避免這個隔直電容帶來的問題，可以采用無電容的變壓器驅動電路。

如果用IC直接驅動變壓器，那么需要注意：

同步整流驅動，需要注意邏輯的問題。

同步整流2個管子的驅動關系為互補，但是當主管長時間關斷的時候，整流管就會出現長時間導通的情況。

所以在關機的時候，不能簡單地把主管驅動信號置低，而要同時把整流管的驅動信號也置低。

MOS的并聯驅動，并聯驅動要盡量保證每個管子的驅動線對稱。

審核編輯：湯梓紅