MOS管參數(shù)與設(shè)計(jì)選型

1， 極限參數(shù)：
ID ：最大漏源電流。是指場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，漏源間所允許通過(guò)的最大電流。場(chǎng)效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過(guò) ID 。此參數(shù)會(huì)隨結(jié)溫度的上升而有所減額。
IDM ：最大脈沖漏源電流。此參數(shù)會(huì)隨結(jié)溫度的上升而有所減額。
PD ：最大耗散功率。是指場(chǎng)效應(yīng)管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。使用時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)際功耗應(yīng)小于 PDSM 并留有一定余量。此參數(shù)一般會(huì)隨結(jié)溫度的上升而有所減額。
VGS ：最大柵源電壓。Tj ：最大工作結(jié)溫。通常為 150 ℃ 或 175 ℃ ，器件設(shè)計(jì)的工作條件下須確應(yīng)避免超過(guò)這個(gè)溫度，并留有一定裕量。
TSTG ：存儲(chǔ)溫度范圍。
2，靜態(tài)參數(shù)
V(BR)DSS ：漏源擊穿電壓。是指柵源電壓 VGS 為 0 時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項(xiàng)極限參數(shù)， 加在場(chǎng)效應(yīng)管上的工作電壓必須小于 V(BR)DSS 。它具有正溫度特性。故應(yīng)以此參數(shù)在低溫條件下的值作為安全考慮。
△ V(BR)DSS/ △ Tj ：漏源擊穿電壓的溫度系數(shù)，一般為 0.1V/ ℃。
RDS(on) ：在特定的 VGS （一般為 10V ）、結(jié)溫及漏極電流的條件下， MOSFET 導(dǎo)通時(shí)漏源間的最大阻抗。它是一個(gè)非常重要的參數(shù)，決定了 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)的消耗功率。此參數(shù)一般會(huì)隨結(jié)溫度的上升而有所增大。故應(yīng)以此參數(shù)在最高工作結(jié)溫條件下的值作為損耗及壓降計(jì)算。
VGS(th) ：開(kāi)啟電壓（閥值電壓）。當(dāng)外加?xùn)艠O控制電壓 VGS 超過(guò) VGS(th) 時(shí)，漏區(qū)和源區(qū)的表面反型層形成了連接的溝道。應(yīng)用中，常將漏極短接條件下 ID 等于 1 毫安時(shí)的柵極電壓稱為開(kāi)啟電壓。此參數(shù)一般會(huì)隨結(jié)溫度的上升而有所降低。
IDSS ：飽和漏源電流，柵極電壓 VGS=0 、 VDS 為一定值時(shí)的漏源電流。一般在微安級(jí)。
IGSS ：柵源驅(qū)動(dòng)電流或反向電流。由于 MOSFET 輸入阻抗很大， IGSS 一般在納安級(jí)。
3，動(dòng)態(tài)參數(shù)
gfs ：跨導(dǎo)。是指漏極輸出電流的變化量與柵源電壓變化量之比，是柵源電壓對(duì)漏極電流控制能力大小的量度。
Qg ：柵極總充電電量。MOSFET 是電壓型驅(qū)動(dòng)器件，驅(qū)動(dòng)的過(guò)程就是柵極電壓的建立過(guò)程，這是通過(guò)對(duì)柵源及柵漏之間的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，下面將有此方面的詳細(xì)論述。
Qgs ：柵源充電電量。
Qgd ：柵漏充電（考慮到 Miller 效應(yīng)）電量。
Td(on) ：導(dǎo)通延遲時(shí)間。從有輸入電壓上升到 10% 開(kāi)始到 VDS 下降到其幅值 90% 的時(shí)間
Tr ：上升時(shí)間。輸出電壓 VDS 從 90% 下降到其幅值 10% 的時(shí)間。
Td(off) ：關(guān)斷延遲時(shí)間。輸入電壓下降到 90% 開(kāi)始到 VDS 上升到其關(guān)斷電壓時(shí) 10%的時(shí)間。
Tf ：下降時(shí)間。輸出電壓 VDS 從 10% 上升到其幅值 90% 的時(shí)間。
Ciss ：輸入電容， Ciss= CGD + CGS （ CDS 短路）。
Coss ：輸出電容。Coss = CDS +CGD 。
Crss ：反向傳輸電容。Crss = CGD 。


4 雪崩擊穿特性參數(shù)
這些參數(shù)是 MOSFET 在關(guān)斷狀態(tài)能承受過(guò)壓能力的指標(biāo)。如果電壓超過(guò)漏源極限電壓將導(dǎo)致器件處在雪崩狀態(tài)。
EAS ：?jiǎn)未蚊}沖雪崩擊穿能量。這是個(gè)極限參數(shù)，說(shuō)明 MOSFET 所能承受的最大雪崩擊穿能量。
IAR ：雪崩電流。
EAR ：重復(fù)雪崩擊穿能量。


t 0 之前：
MOSFET 處于關(guān)閉狀態(tài)，其漏源間承受全部電壓 Vdd ，柵極電壓
VGS 和漏極電流 ID 為零；
t 0 ~ t 1 時(shí)期：
VGS 上升到 VG(th) 之前漏極電流ID ≈ 0A 。

t1~t2 時(shí)期：
t1 時(shí)刻 MOSFET 被打開(kāi)，在 t1~t2 期間 IG給 Ciss 繼續(xù)充電。柵極電壓 VGS 繼續(xù)上升。漏極電流 iD從 t1 時(shí)刻起依 VGS 按一定函數(shù)關(guān)系爬升。此上升斜坡持續(xù)直至 t2 時(shí)刻電流 iD達(dá)到飽和或達(dá)到負(fù)載最大電流。漏源極之間依然承受近乎全部電壓 Vdd。

t 2 ~ t3 時(shí)期 ：
t 2 時(shí)刻電流 ID 達(dá)到飽和或達(dá)到負(fù)載最大電流并維持恒定，而漏源電壓 VDS 繼續(xù)下降。
t 3 ~ t 4 時(shí)期：
t 3 時(shí)刻，在 IG 的繼續(xù)充電下， VGS 又進(jìn)入線性上升階段。這時(shí)候漏極電壓下降至 VDS=Id ×Rds(on)，此時(shí) MOSFET 的工作狀態(tài)進(jìn)入了電阻區(qū)，柵極電壓不再受漏極電流影響自由上升。 VGS 平臺(tái)的結(jié)束及第二次上升斜坡的開(kāi)始表明器件在此時(shí)已完全開(kāi)通。
Vgs 的各個(gè)階段的時(shí)間跨度同柵極消耗電荷成比例（因△Q = IG△T ，而 IG 在此處為恒流源之輸出）。t 0 ~ t 2 跨度代表了 Ciss （ VGS + CGD）所消耗的電荷，對(duì)應(yīng)于器件規(guī)格書(shū)中提供的參數(shù) Qgs(Gate to Source Charge) 。t 2 ~ t 3 跨度代表了 CGD （或稱為米勒電容）消耗的電荷，對(duì)應(yīng)于器件規(guī)格書(shū)中提供的參數(shù) Qds(Gate to Drain (“Miller”) Charge) 。在 t3 時(shí)刻前消耗的所有電荷就是驅(qū)動(dòng)電壓為 Vdd 、電流為 Id 的 MOSFET 所需要完全開(kāi)通的最少電荷需求量。t3 以后消耗的額外電荷并不表示驅(qū)動(dòng)所必須的電荷，只表示驅(qū)動(dòng)電路提供的多余電荷而已 -- 通常所加的驅(qū)動(dòng)電壓都會(huì)高于管子開(kāi)通所需的最低電壓以獲得更低的導(dǎo)通電阻 RDS(on) 以減小導(dǎo)通損耗。


一般地可以根據(jù)器件規(guī)格書(shū)提供之如下幾個(gè)參數(shù)作為初期驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的計(jì)算假設(shè)：


米勒效應(yīng)：
VGS 的曲線特性，即在t 2 ~ t3 時(shí)刻出現(xiàn)的平臺(tái)（平臺(tái)的高度及寬度 -- 米勒效應(yīng)特征）跟 ID/VDS 有如下關(guān)系：ID（一般為負(fù)載最大電流）越大，其 VGS 平臺(tái)越高，這是因?yàn)樵陲柡蛥^(qū) ID 與 VGS 存與在一個(gè)函數(shù)關(guān)系(Id = K(VGS-Vth)2) ；VDS 越大， 其 VGS 平臺(tái)寬度越大，這是因?yàn)?VGS 平臺(tái)寬度正比于漏源電壓下降過(guò)程既(t2~t3 時(shí)期)所充的電量△Q t 2 ~ t3 = (t 3 - t 2 )IG = VDSCGD ，故亦正比于 VDS 。
在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)之前，必須先清楚 MOS 管的模型、 MOS 管的開(kāi)關(guān)過(guò)程、MOS 管的柵極電荷以及 MOS 管的輸入輸出電容、跨接電容、等效電容等參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)的影響。驅(qū)動(dòng)電路的好壞直接影響了電源的工作性能及可靠性，一個(gè)好的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路的基本要求是：
1. 開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能提供足夠大的充電電流使柵源電壓上升到需要值，保證開(kāi)關(guān)管快速開(kāi)通且不存在上升沿的高頻震蕩。
2. 開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間驅(qū)動(dòng)電路能保證 MOSFET 柵源間電壓保持穩(wěn)定使其可靠導(dǎo)通。
3. 關(guān)斷瞬間驅(qū)動(dòng)電路能提供一個(gè)低阻抗通路供 MOSFET 柵源間電壓快速瀉放，保證開(kāi)關(guān)管能快速關(guān)斷。
4. 關(guān)斷期間驅(qū)動(dòng)電路可以提供一定的負(fù)電壓避免受到干擾產(chǎn)生誤導(dǎo)通。
5. 驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，最好有隔離。


1 ）電壓應(yīng)力：
在電源電路應(yīng)用中，往往首先考慮漏源電壓 VDS 的選擇。在此上的基本原則為MOSFET 實(shí)際工作環(huán)境中的最大峰值漏源極間的電壓不大于器件規(guī)格書(shū)中標(biāo)稱漏源擊穿電壓的 90%
2） 漏極電流：
其次考慮漏極電流的選擇�；�本原則為 MOSFET 實(shí)際工作環(huán)境中的最大周期漏極電流不大于規(guī)格書(shū)中標(biāo)稱最大漏源電流的 90% ；漏極脈沖電流峰值不大于規(guī)格書(shū)中標(biāo)稱漏極脈沖電流峰值的 90%。
一般地， ID_max 及 I D_pulse 具有負(fù)溫度系數(shù)，故應(yīng)取器件在最大結(jié)溫條件下之ID_max 及 I D_pulse 值作為參考。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際應(yīng)用中規(guī)格書(shū)目中之 ID 會(huì)比實(shí)際最大工作電流大數(shù)倍，這是因?yàn)樯⒑墓β始皽厣�之限制約束。建議初選于 3~5 倍左右。
3） 驅(qū)動(dòng)要求：
MOSFEF 的驅(qū)動(dòng)要求由其柵極總充電電量（ Qg ）參數(shù)決定。在滿足其它參數(shù)要求的情況下，盡量選擇 Qg 小者以便驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電壓選擇在保證遠(yuǎn)離最大柵源電壓（ VGSS ） 前提下使 Ron 盡量小的電壓值（一般使用器件規(guī)格書(shū)中的建議值） 。
4） 損耗及散熱：
小的 Ron 值有利于減小導(dǎo)通期間損耗，小的 Rth 值可減小溫度差（同樣耗散功率條件下），故有利于散熱。
5） 損耗功率初算：
MOSFET 損耗計(jì)算主要包含如下 8 個(gè)部分：
PD = Pon + Poff + Poff_on + Pon_off + Pds + Pgs+Pd_f+Pd_recover
詳細(xì)計(jì)算公式應(yīng)根據(jù)具體電路及工作條件而定。例如在同步整流的應(yīng)用場(chǎng)合，還要考慮體內(nèi)二極管正向?qū)�通期間的損耗和轉(zhuǎn)向截止時(shí)的反向恢復(fù)損耗。
6） 耗散功率約束：
器件穩(wěn)態(tài)損耗功率 PD,max 應(yīng)以器件最大工作結(jié)溫度限制作為考量依據(jù)。如能夠預(yù)先知道器件工作環(huán)境溫度，則可以按如下方法估算出最大的耗散功率：PD,max ≤ （ Tj,max - Tamb ） / R θj-a
MOSFET 的工作損耗基本可分為如下幾部分：