PMOS管的导通条件

PMOS管的导通条件

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_47349306/article/details/145265798

PMOS管（P型金属氧化物半导体场效应晶体管）的导通条件主要与其栅极（Gate）、源极（Source）和漏极（Drain）之间的电压关系有关。以下是详细说明：

基本导通条件

PMOS管导通的条件是：

• 栅极电压（Vgs）小于源极电压（Vs），即： Vgs=Vg−Vs<VthVgs =Vg −Vs <Vth 其中，VthVth 是PMOS管的阈值电压，通常是一个负值。
  换句话说，要让PMOS管导通，栅极电压必须比源极电压低，并且低到超过阈值电压的程度。

工作模式条件

根据PMOS管的工作模式，其导通条件可以进一步细分：
(1) 线性区（放大区）

• 条件： Vgs<Vth且Vds>Vgs−VthVgs <Vth 且Vds >Vgs −Vth
• 在这个区域，PMOS管的漏极电流与漏源电压（Vds）成线性关系，类似于一个可控电阻。
  (2) 饱和区（工作区）
• 条件： Vgs<Vth且Vds≤Vgs−VthVgs <Vth 且Vds ≤Vgs −Vth
• 在这个区域，漏极电流基本不随漏源电压变化，主要由栅源电压控制。

总结导通条件

• PMOS管导通的必要条件：栅极电压低于源极电压，且满足 Vgs<VthVgs <Vth 。
• PMOS管通常用于高电平控制，当栅极拉低（接近地电位）时，PMOS管导通。

实际电路中的应用

在实际电路中，PMOS管的源极通常连接到较高的电压（如电源电压Vcc），栅极通过控制信号拉低电压，从而实现导通。
例如：

• 源极电压 Vs=5VVs =5V，PMOS的阈值电压 Vth=−1VVth =−1V，则栅极电压 VgVg 必须低于 4V4V 才能导通。

电气参数

（1）击穿电压（V(BR)DSS）：-30V

• 作用：表示漏极和源极之间的最大电压值（在栅极接地的情况下），超过此电压可能导致器件永久损坏。
• 应用场景：该参数决定了MOSFET的工作电压范围，适用于最高-30V的电源电路。

（2）导通电阻（RDS(on)）：15mΩ@-10V，20mΩ@-6V

• 作用：表示MOSFET导通时的漏源电阻，决定了导通状态下的功耗和效率。
• 分析：
• 在栅源电压（Vgs）为-10V时，导通电阻为15mΩ，性能更优。
• 在Vgs为-6V时，导通电阻稍高，为20mΩ。
• 应用场景：低导通电阻适合高电流应用，如负载开关和电池保护。

（3）连续漏极电流（ID）：-11A

• 作用：表示MOSFET在持续工作时能够承载的最大电流。
• 分析：在散热条件良好的情况下，该器件可以承载高达-11A的电流，适合大电流应用。

（4）脉冲漏极电流（IDM）：-42A

• 作用：表示在短时脉冲条件下，MOSFET能承受的最大电流。
• 应用场景：短时高电流需求场合（如启动瞬间）。

（5）栅源电压（VGS）：±20V

• 作用：表示栅极和源极之间的最大电压范围，超过此范围可能导致栅极氧化层损坏。
• 应用场景：确保驱动电路的控制电压在安全范围内。

热性能参数

（1）功耗（PD）：1.4W

• 作用：表示MOSFET在环境温度25℃下的最大功耗（不加散热器）。
• 分析：功耗决定了器件的散热需求，超过此功耗需要额外散热措施。

（2）结-环境热阻（RθJA）：89℃/W

• 作用：表示结点到环境的热阻，影响MOSFET的散热能力。
• 分析：热阻越低，器件散热性能越好，适合高功率应用。

（3）结温（TJ）：150℃

• 作用：表示MOSFET的最大工作结温，超过此温度可能导致器件失效。
• 应用场景：设计电路时需确保散热良好，避免结温过高。

其他参数

（1）单脉冲雪崩能量（EAS）：107mJ

• 作用：表示MOSFET在雪崩模式下能够承受的最大能量。
• 应用场景：适用于可能出现感性负载反向电压的电路。

（2）存储温度范围（Tstg）：-55~+150℃

• 作用：表示器件在不工作时的安全存储温度范围。

（3）焊接温度（TL）：260℃

• 作用：表示器件引脚在焊接时能够承受的最高温度（持续10秒）。

关断特性 (Off Characteristics)

（1）漏源击穿电压（V(BR)DSS）：-30V

• 作用：漏极和源极之间的最大承受电压（栅极电压为0时），超过此值可能会导致MOSFET损坏。
• 应用：该值决定了MOSFET的工作电压范围，适合-30V以内的电路。

（2）零栅压漏极电流（IDSS）：-1μA

• 作用：表示在栅极电压为0时，漏极到源极的漏电流。
• 分析：漏电流很小，表明器件在关断状态下的功耗低。

（3）栅体漏电流（IGSS）：±100nA

• 作用：表示栅极和体极之间的漏电流。
• 分析：漏电流极小，表明栅极驱动电路的功耗可忽略。

导通特性 (On Characteristics)

（1）栅极阈值电压（VGS(th)）：-1.0V ~ -2.2V

• 作用：表示MOSFET开始导通的栅源电压范围。
• 分析：栅极电压需要低于-1.0V（典型值为-1.4V）才能使MOSFET导通，适合低压驱动场合。

（2）导通电阻（RDS(on)）：10~20mΩ

• 作用：表示MOSFET导通时的漏源电阻，直接影响导通损耗。
• 分析：
• VGS = -10V 时，RDS(on) 为10~15mΩ。
• VGS = -6V 时，RDS(on) 为13~20mΩ。
• 较低的导通电阻适合高电流应用，降低功耗。

（3）前向跨导（gfs）：20S

• 作用：表示MOSFET的电流增益能力，数值越高，MOSFET的驱动能力越强。
• 分析：20S的跨导表明其能快速响应栅极驱动信号，适合高速开关应用。

动态特性 (Dynamic Characteristics)

（1）输入电容（Ciss）：2885pF

• 作用：表示器件的总输入电容，影响驱动电路的功率需求。
• 分析：输入电容较大，可能需要较强的驱动能力。

（2）输出电容（Coss）：341pF

• 作用：表示漏极和源极之间的电容，影响开关速度和效率。
• 分析：较低的输出电容有助于提高开关速度。

（3）反向传输电容（Crss）：305pF

• 作用：表示栅极和漏极之间的电容，影响开关过程中的干扰。
• 分析：较低的反向传输电容有助于减少开关噪声和交叉干扰。

开关特性 (Switching Characteristics)

（1）总栅电荷（Qg）：48nC

• 作用：表示完全导通MOSFET所需的总电荷量，影响开关速度。
• 分析：48nC的栅电荷较小，适合中高速开关应用。

（2）栅源电荷（Qgs）：12nC

• 作用：表示栅极和源极之间的充电需求，影响导通延迟。

（3）栅漏电荷（Qgd）：14nC

• 作用：表示栅极和漏极之间的充电需求，影响开关过程中栅极驱动的效率。

（4）开关时间

• 导通延迟时间（td(on)）：16ns
• 导通上升时间（tr）：12ns
• 关断延迟时间（td(off)）：45ns
• 关断下降时间（tf）：21ns
• 作用：这些参数描述了MOSFET在开关状态下的响应速度。
• 分析：开关时间较短，适合高频开关应用。

漏源二极管特性 (Drain-Source Diode Characteristics)

（1）漏源二极管正向电压（VSD）：-1.2V

• 作用：表示MOSFET内部寄生二极管的正向压降。
• 分析：正向压降较低，适合需要二极管反向保护的电路。

（2）连续二极管电流（IS）：-11A

• 作用：表示寄生二极管在连续工作时的最大电流能力。

（3）脉冲二极管电流（ISM）：-40A

• 作用：表示寄生二极管在短时脉冲条件下的最大电流能力。