揭开 MOSFET 神秘面纱：种类、特性、驱动及应用电路全解析
揭开 MOSFET 神秘面纱：种类、特性、驱动及应用电路全解析
MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）在电子电路领域扮演着至关重要的角色，特别是在高频电源应用中。本文将从种类结构、导通特性、驱动方式以及应用电路等多个方面，全面解析MOSFET的工作原理和实际应用，帮助读者深入了解这一关键电子元件。
在电子电路领域，MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，即金属 - 氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管）凭借其独特优势，成为了开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变焊机以及通信电源等高频电源领域中不可或缺的关键角色。对于 MOSFET 器件性能的精准评估，高压 CV 测试是极为重要的一环，它能为我们深入了解 MOSFET 的特性提供关键数据支撑。今天，我们就来对 MOSFET 器件的高压 CV 测试进行一场详细且深入的解读。但要想全面掌握 MOSFET，仅仅了解高压 CV 测试远远不够，还需要从其种类结构、导通特性、驱动方式以及应用电路等多个方面进行剖析，揭开它那神秘的面纱，为电子电路的设计与优化提供坚实的理论基础。
MOSFET 管作为 FET（场效应晶体管）的一种（另一种是 JFET），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。但在实际应用中，最常见的只有增强型的 N 沟道 MOS 管和增强型的 P 沟道 MOS 管，也就是我们常说的 NMOS 和 PMOS。之所以不常用耗尽型的 MOS 管，原因较为复杂，这里暂不深入探讨。在这两种增强型 MOS 管中，NMOS 由于导通电阻小且容易制造，成为了开关电源和马达驱动应用中的宠儿。而且，在 MOS 管原理图上，我们能看到漏极和源极之间有一个寄生二极管，即体二极管，它在驱动感性负载（如马达）时发挥着重要作用，不过要注意的是，体二极管只存在于单个的 MOS 管中，集成电路芯片内部通常是没有的。此外，MOS 管的三个管脚之间还存在寄生电容，这是由于制造工艺限制产生的，虽然不是我们期望的，但在设计或选择驱动电路时必须要考虑到。
了解了 MOS 管的结构，我们再来看看它的导通特性。所谓导通，就是作为开关时相当于开关闭合的状态。NMOS 的特性是当 Vgs 大于一定的值时就会导通，比较适合用于源极接地时的情况，也就是低端驱动，一般栅极电压达到 4V 或 10V 就能够实现导通。而 PMOS 则是 Vgs 小于一定的值时导通，适用于源极接 VCC 时的高端驱动场景。不过，尽管 PMOS 在高端驱动中有其便利性，但由于导通电阻大、价格贵以及替换种类少等因素，在高端驱动中，大家通常还是会选择 NMOS。以瑞萨 2SK3418 为例，从其 Vgs 电压和 Vds 电压的关系图中可以看出，在小电流情况下，当 Vgs 达到 4V 时，DS 间压降已经很小，可以认为此时 MOS 管已经导通。
在使用 MOS 管的过程中，损失问题也是不容忽视的。不管是 NMOS 还是 PMOS，导通后都存在导通电阻，当 DS 间有电流流过时，两端就会产生电压，从而导致电流在这个电阻上消耗能量，这部分能量消耗就是导通损耗。为了减小导通损耗，我们可以选择导通电阻小的 MOS 管，现在的小功率 MOS 管导通电阻一般在几十毫欧左右，甚至还有几毫欧的产品。除了导通损耗，MOS 管在导通和截止的过程中还存在开关损失。因为 MOS 管在导通和截止时并非瞬间完成，其两端的电压有一个下降过程，流过的电流有一个上升过程，在这段时间内，电压和电流的乘积就是开关损失。通常情况下，开关损失比导通损失要大得多，而且开关频率越快，损失也越大。通过降低开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，则可以减少单位时间内的开关次数，这两种方法都有助于减小开关损失。
接下来谈谈 MOS 管的驱动。与双极性晶体管相比，一般认为使 MOS 管导通不需要电流，只要 GS 电压高于一定的值即可。但在实际应用中，我们不仅要让它导通，还需要考虑速度。由于在 MOS 管的 GS、GD 之间存在寄生电容，MOS 管的驱动实际上就是对电容的充放电过程。对电容充电时，瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。因此，在选择或设计 MOS 管驱动时，首先要关注的是驱动电路可提供瞬间短路电流的大小。对于普遍用于高端驱动的 NMOS，导通时需要栅极电压大于源极电压，而高端驱动的 MOS 管导通时源极电压与漏极电压（VCC）相同，所以这时栅极电压要比 VCC 大 4V 或 10V。如果在同一个系统里要得到比 VCC 大的电压，就需要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，此时要注意选择合适的外接电容，以获得足够的短路电流去驱动 MOS 管。另外，4V 或 10V 是常用的 MOS 管导通电压，设计时需要有一定的余量，而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的 MOS 管应用在不同领域，但在 12V 汽车电子系统里，一般 4V 导通就能够满足需求了。
MOS 管最显著的特性就是开关特性好，这使得它被广泛应用在需要电子开关的电路中。常见的应用包括开关电源、马达驱动以及照明调光等。在这些应用领域，MOS 管都发挥着关键作用，为电路的正常运行和性能提升做出了重要贡献。
MOSFET 作为电子电路中的重要元件，有着丰富的知识和应用技巧需要我们去掌握。从它的结构特性到导通、损失、驱动以及应用电路，每一个环节都相互关联，影响着整个电路的性能。随着电子技术的不断发展，MOSFET 的应用也会越来越广泛和深入。希望通过本文的介绍，能够帮助大家对 MOSFET 有更全面、更深入的理解，在今后的电子设计和应用中能够更好地发挥它的作用。
全球知名半导体制造商 ROHM针对企业级高性能服务器和 AI 服务器电源，开发出 3 款 Nch 功率 MOSFET 。含适用于企业级高性能服务器 12V 系统电源相关电路的 “RS7E200BG”（30V），以及适用于 AI 服务器 48V 系统电源相关电路的 “RS7N200BH（80V）” 和 “RS7N160BH（80V）”，它们实现业界超低导通电阻与超宽 SOA 范围。
MOSFET 是重要的半导体器件，分 N、P 沟道及耗尽型、增强型多种类型。以 N 沟增强型为例，其结构特殊，工作原理基于栅源、漏源电压变化。它有可变电阻区、横流区等不同工作区域。凭借高输入阻抗等优势，MOSFET 在集成电路、功率电子等多领域广泛应用，推动电子技术发展。
MOSFET，即金属氧化物半导体场效应晶体管，作为电子领域的关键可控硅器件，有着复杂且精妙的内部构造。它涵盖了晶体管结构、源极结构以及漏极结构，其中晶体管结构作为基础，由源极、漏极、控制极和屏蔽极搭建起运作的基本框架，而源极与漏极结构则通过灵活变化，为 MOSFET 适应不同应用场景提供了可能。
MOSFET 是重要的电子器件，其 N 沟道增强型结构包含 MOS 栅结构等部分。工作原理分漏 - 源极正偏和反偏两种情况。正偏时经历不同阶段形成沟道，有线性、饱和等特性；反偏时导通行为因栅极电压而异。其特性使其在电子领域应用广泛，对理解和设计电子电路意义重大。
MOSFET 即金属 - 氧化物半导体场效应晶体管，常见有增强型 N 沟道和 P 沟道两种。其导通特性因类型而异，使用中存在导通和开关损失。驱动时需考虑寄生电容及短路电流等。因开关特性好，广泛用于开关电源、马达驱动等。了解其结构、特性及应用，对电子设计和应用有重要意义。