元器件选型与参数07 MOS管选型

元器件选型与参数07 MOS管选型

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_39376872/article/details/144074755

MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）作为开关元件，在电源管理、电机驱动等领域有着广泛应用。其性能优劣直接影响到电路的效率和稳定性。本文将详细介绍MOS管的关键参数及其在开关应用中的作用，帮助工程师在选型时做出更明智的决策。

一、MOS管基本参数

MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）作为开关元件的应用非常广泛，其开关特性与三极管相比有所不同。MOSFET的主要工作原理是通过在栅极（Gate）上施加电压，控制源极（Source）与漏极（Drain）之间的电流流动。MOSFET在开关电源、电机驱动、隔离、可调电阻、信号放大（使用较少）等领域都有广泛应用。与三极管类似，MOSFET也有一些关键的参数需要关注，特别是在开关应用中，以下是一些MOS管基本参数和它们的含义：

1. 导通电阻（R_DS(on)）

• 定义：导通电阻是MOSFET在开关状态（开启）时，源极与漏极之间的电阻。其值决定了在导通状态下MOSFET的功率损耗。
• 作用：导通电阻越小，MOSFET的开关效率越高，能量损耗越低。在高频开关和大电流应用中，导通电阻对于减少功率损耗至关重要。
• 影响因素：R_DS(on)与MOSFET的规格、电流大小、工作温度、栅极驱动电压等因素有关。

2. 阈值电压（V_GS(th)）

• 定义：阈值电压是MOSFET栅极与源极之间的电压，只有当栅极电压超过此阈值时，MOSFET才会开始导通，源漏之间形成导电通道。
• 作用：阈值电压决定了MOSFET从截止状态到导通状态的转换点。阈值电压较低的MOSFET适用于低压电路。
• 影响因素：阈值电压与MOSFET的材料、制造工艺、温度和栅极驱动电压等因素有关。

3. 漏极电流（I_D）

• 定义：漏极电流是源漏之间的电流。MOSFET的漏极电流通常由栅极电压来控制。
• 作用：在开关电源、电流放大器等电路中，漏极电流是MOSFET输出的重要参数。它决定了电路的功率输送能力和电流承载能力。
• 影响因素：漏极电流与栅极电压、源极电压、温度以及MOSFET的工作模式（如饱和区或线性区）有关。

4. 栅极电荷（Q_g）

• 定义：栅极电荷是使MOSFET从关断状态切换到导通状态时，栅极需要充电的电荷量。MOSFET的开关速度与栅极电荷大小密切相关。
• 作用：栅极电荷越小，MOSFET的开关速度越快。对于高速开关应用（如开关电源或RF应用），选择栅极电荷小的MOSFET可以提高电路性能。
• 影响因素：栅极电荷与MOSFET的结构、栅极长度、工艺等有关。

5. 漏极-源极电压（V_DS）

• 定义：漏极与源极之间的电压。MOSFET的耐压值通常会表示最大漏源电压（V_DS max），即MOSFET能够承受的最大电压。
• 作用：MOSFET的耐压决定了它能在多大电压下正常工作，不会被击穿。在高压应用中，如电力电子、开关电源等，需要选择具有足够高耐压的MOSFET。
• 影响因素：V_DS与工作电压和MOSFET的选择有关。

6. 开关时间（t_on 和 t_off）

• 定义：开关时间是指MOSFET从截止状态切换到导通状态（t_on）和从导通状态切换到截止状态（t_off）所需要的时间。
• t_on：MOSFET从关断到导通所需的时间。
• t_off：MOSFET从导通到关断所需的时间。
• 作用：开关时间直接影响MOSFET在高频开关应用中的效率。短的开关时间可以使MOSFET在高速开关电路中发挥更好的性能。
• 影响因素：开关时间受栅极驱动电流、MOSFET类型、工作频率等影响。

7. 反向恢复时间（t_rr）

• 定义：反向恢复时间是MOSFET关闭后，其体二极管（内建二极管）从导通状态恢复到截止状态的时间。尽管MOSFET本身不是二极管，但它通常会有一个内建的二极管用于电流的逆向导通。
• 作用：反向恢复时间越短，MOSFET的开关损耗越小，适用于高频和高速开关应用。
• 影响因素：反向恢复时间受到MOSFET的设计、温度和工作条件的影响。

8. 电压控制能力（V_GS）

• 定义：栅极与源极之间的电压控制着MOSFET的导通程度。电压越高，MOSFET的导通越好。
• 作用：栅极电压控制能力是决定MOSFET导通与关闭的关键。MOSFET通常有低门限电压（Low Gate Threshold Voltage）或高门限电压（High Gate Threshold Voltage）的版本，适用于不同电压控制的应用场景。
• 影响因素：与MOSFET的栅极材料、制造工艺、外部驱动电压等因素相关。

9. 温度系数

• 定义：MOSFET的温度系数是指MOSFET的导通电阻（R_DS(on)）或其他参数随温度变化的程度。大部分MOSFET的R_DS(on)会随着温度的升高而增大。
• 作用：温度系数对MOSFET在高温工作环境下的稳定性和可靠性有重要影响。对于高温应用，选择具有较低温度系数的MOSFET更为合适。
• 影响因素：温度系数与MOSFET的材料、结构、功率管理等相关。

10. 最大功率（P_max）

• 定义：MOSFET所能承受的最大功率损耗。过大的功率损耗会导致MOSFET过热，甚至损坏。
• 作用：在设计电路时，需要选择合适的MOSFET以确保其最大功率损耗不会超过其额定值，避免电路过热。
• 影响因素：最大功率受MOSFET的R_DS(on)、开关频率和工作电流的影响。

MOSFET的工作状态和开关应用：

MOSFET的工作状态通常分为三个区域：

• 线性区（或称为三端区）：栅极电压足够大，源极与漏极之间的电流按线性关系变化，此时MOSFET相当于一个可调的电阻器，用于模拟放大。
• 饱和区：MOSFET在饱和区工作时，源极与漏极之间的电流几乎不受漏极电压影响，此时MOSFET主要用于开关。
• 截止区：当栅极电压不足以使MOSFET导通时，源漏之间的电流接近零，此时MOSFET完全关闭。

总结：

在使用MOSFET作为开关元件时，关键的参数包括导通电阻、阈值电压、栅极电荷、开关时间、漏极电流等，这些参数决定了MOSFET的开关效率、功率损耗和温度稳定性。在高效的开关电源、功率转换、以及高速开关电路中，选择适合的MOSFET非常重要，设计时应考虑这些参数以确保电路的高效性和稳定性。
开关电源则为导通损耗（Rds）与开关损耗（Qg）