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TC2309 20V 高密度 P 沟道 MOS 管
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培训资料(MOS管)
MOS 管JFET：利用外加电场来控制半导体内的电场效 应。通过改变 PN 结耗尽层的宽度，改变导电沟道的 宽窄来控制输出电流。 MOSFET：利用外加电场来控制半导体表面的电 场效应。通过改变感生沟道的宽窄来控制输出电流。 耗尽型与增强型的主要区别 耗尽型： 场效应管没有外加栅极电压时， 已存在导 电沟道。 增强型： 场效应管在外加栅极电压超过一定时， 才 有导电沟道。二、MOSFET 内部原理 增强型工作原理利用栅源 UGS 的大小，来改变半导本表面感生电何的多 少，从而控制漏级电流 Id 的大小。 1、 当 UGS=0 时，不论加电压 UDS 的极性如何，基中 总有一个 PN 结是反向偏置的，反向电阻很高，则漏电 流 Id≈0. 2、 当栅源极之间加正向电压 UGS 时， UGS 的作用下， 在 产生了垂直于衬底表面的电场，P 型硅中少数载流（自 由电子）被吸到表面层补空穴形成负离子的耗尽层。 3、 当栅极与源极之间加正向电压 UGS≥UT（2V 左右） ， 被吸到表面层中的自由电子比较多， 填补空穴后还有剩 余，在表面层中形成一个 N 型层，通常称为反型层次；它就是沟通源区和漏区的 N 型导电沟道。形成导电沟 Id，MOS 管导通。 MOS 管是的利用场效应原理工作的。N 沟道 MOS 管曲线图
耗尽型工作原理 1、 在 UDS 为常数的条件下，当 UGS=0 时，漏极间已导通 Id≠0； 2、 在 UDS 为常数，UGS＞0 时，沟道变宽，Id↑; 3、 在 UDS 为常数，UGS＜0 时，沟道变窄，Id↓ 4、 当 UGS 达到一定负值时，沟道被夹断,Id≈0,MOS 管截 止，UGS 称为夹断电压。三、主要作用 1、 场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解 电容器。 2、 场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用 于多级放大器的输入级作阻抗变换。 3、场效应管可以用作可变电阻。 4、场效应管可以方便地用作恒流源。 5、场效应管可以用作电子开关。 四、MOS管主要参数： 1、开启电压VT ?开启电压（又称阈值电压） ：使得源极S和漏极D之间开始形成导电沟道所需的栅极电压； ?标准的N沟道MOS管，VT约为 3～6V； ?通过工艺上的改进，可以使MOS管的VT值降到 2～3V。2、漏源击穿电压BVDS?在VGS=0（增强型）的条件下 ，在增加漏源电压过程中使 ID开始剧增时的VDS称为漏源击穿电压BVDS ?ID剧增的原因有下列两个方面： （1）漏极附近耗尽层的雪崩击穿 （2）漏源极间的穿通击穿3、栅源击穿电压BVGS?在增加栅源电压过程中，使栅极电流IG由零开始剧增时的VGS，称为栅源击穿电压BVGS。4、导通电阻RON?导通电阻RON说明了VDS对ID的影响 ，是漏极特性某一点切 线的斜率的倒数 ?在饱和区，ID几乎不随VDS改变，RON的数值很大 ，一般在 几十千欧到几百千欧之间 ?由于在数字电路中 ，MOS管导通时经常工作在VDS=0 的状 态下，所以这时的导通电阻RON可用原点的RON来近似 ?对一般的MOS管而言，RON的数值在几百欧以内5、极间电容?三个电极之间都存在着极间电容：栅源电容CGS 、栅漏电容 CGD和漏源电容CDS ?CGS和CGD约为 1～3pF ?CDS约在 0.1～1pF之间五、MOS 场效应管的检测方法1、准备工作 测量之前,先把人体对地短路后,才能摸触 MOSFET 的管 脚。 最好在手腕上接一条导线与大地连通,使人体与大地保持 等电位。再把管脚分开,然后拆掉导线。 2、判定电极 将万用表拨于 R×100 档,首先确定栅极。若某脚与其它脚 的电阻都是无穷大,证明此脚就是栅极 G。交换表笔重测 量,S-D 之间的电阻值应为几百欧至几千欧,其中阻值较小的 那一次,黑表笔接的为 D 极,红表笔接的是 S 极。日本生产的 3SK 系列产品,S 极与管壳接通,据此很容易确定 S 极。 3、检查放大能力(跨导) 将 G 极悬空,黑表笔接 D 极,红表笔接 S 极,然后用手指触 摸 G 极,表针应有较大的偏转。双栅 MOS 场效应管有两个栅 极 G1、G2。为区分之,可用手分别触摸 G1、G2 极,其中表针 向左侧偏转幅度较大的为 G2 极。 目前有的 MOSFET 管在 D-S 极间增加了保护二极管,平 时就不需要把各管脚短路了。注意：MOS 管对静电比较敏感，在测试或使用过程中，如果 MOS 处于饱和状态时尽量不要使栅极（G）悬空。否则会形成很 大的电流 ID，烧坏 MOS 管。六、MOS 管放大电路三极管是电流控制，MOS 管是电压控制。八、常用普通 MOS 管实物图： N 沟道实物图（如下）：P 沟道实物图（如下）：
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开关电源上的MOS管选择方法
今天我们在来一起学习下开关上面要怎么选择MOS管吧，看下开关电源上面选用MOS管应注意那些东西，哪些参数是MOS管在开关电源中起着决定性作用的，请往下看。
MOS管最常见的应用可能是电源中的开关元件，此外，它们对电源输出也大有裨益。服务器和通信设备等应用一般都配置有多个并行电源，以支持N+1 冗余与持续工作 (图1)。各并行电源平均分担负载，确保系统即使在一个电源出现故障的情况下仍然能够继续工作。不过，这种架构还需要一种方法把并行电源的输出连接在一起，并保证某个电源的故障不会影响到其它的电源。在每个电源的输出端，有一个功率MOS管可以让众电源分担负载，同时各电源又彼此隔离 。起这种作用的MOS管被称为&ORing&FET，因为它们本质上是以 &OR& 逻辑来连接多个电源的输出。
图1：用于针对N+1冗余拓扑的并行电源控制的MOS管
在ORing FET应用中，MOS管的作用是开关器件，但是由于服务器类应用中电源不间断工作，这个开关实际上始终处于导通状态。其开关功能只发挥在启动和关断，以及电源出现故障之时 。
相比从事以开关为核心应用的设计人员，ORing FET应用设计人员显然必需关注MOS管的不同特性。以服务器为例，在正常工作期间，MOS管只相当于一个导体。因此，ORing FET应用设计人员最关心的是最小传导损耗。
低RDS(ON) 可把BOM及PCB尺寸降至最小
一般而言，MOS管制造商采用RDS(ON) 参数来定义导通阻抗;对ORing FET应用来说，RDS(ON) 也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON) 与栅极 (或驱动) 电压 VGS 以及流经开关的电流有关，但对于充分的栅极驱动，RDS(ON) 是一个相对静态参数。
若设计人员试图开发尺寸最小、成本最低的电源，低导通阻抗更是加倍的重要。在电源设计中，每个电源常常需要多个ORing MOS管并行工作，需要多个器件来把电流传送给负载。在许多情况下，设计人员必须并联MOS管，以有效降低RDS(ON)。
需谨记，在 DC 电路中，并联电阻性负载的等效阻抗小于每个负载单独的阻抗值。比如，两个并联的2&O 电阻相当于一个1&O的电阻 。因此，一般来说，一个低RDS(ON) 值的MOS管，具备大额定电流，就可以让设计人员把电源中所用MOS管的数目减至最少。
除了RDS(ON)之外，在MOS管的选择过程中还有几个MOS管参数也对电源设计人员非常重要。许多情况下，设计人员应该密切关注数据手册上的安全工作区(SOA)曲线，该曲线同时描述了漏极电流和漏源电压的关系。基本上，SOA定义了MOSFET能够安全工作的电源电压和电流。在ORing FET应用中，首要问题是：在&完全导通状态&下FET的电流传送能力。实际上无需SOA曲线也可以获得漏极电流值。
若设计是实现热插拔功能，SOA曲线也许更能发挥作用。在这种情况下，MOS管需要部分导通工作。SOA曲线定义了不同脉冲期间的电流和电压限值。
注意刚刚提到的额定电流，这也是值得考虑的热参数，因为始终导通的MOS管很容易发热。另外，日渐升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。MOS管数据手册规定了热阻抗参数，其定义为MOS管封装的半导体结散热能力。R&JC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。细言之，在实际测量中其代表从器件结(对于一个垂直MOS管，即裸片的上表面附近)到封装外表面的热阻抗，在数据手册中有描述。若采用PowerQFN封装，管壳定义为这个大漏极片的中心。因此，R&JC 定义了裸片与封装系统的热效应。R&JA 定义了从裸片表面到周围环境的热阻抗，而且一般通过一个脚注来标明与PCB设计的关系，包括镀铜的层数和厚度。
开关电源中的MOS管
现在让我们考虑开关电源应用，以及这种应用如何需要从一个不同的角度来审视数据手册。从定义上而言，这种应用需要MOS管定期导通和关断。同时，有数十种拓扑可用于开关电源，这里考虑一个简单的例子。DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个MOS管来执行开关功能(图2)，这些开关交替在电感里存储能量，然后把能量释放给负载。目前，设计人员常常选择数百kHz乃至1 MHz以上的频率，因为频率越高，磁性元件可以更小更轻。
图2：用于开关电源应用的MOS管对。(DC-DC控制器)
显然，电源设计相当复杂，而且也没有一个简单的公式可用于MOS管的评估。但我们不妨考虑一些关键的参数，以及这些参数为什么至关重要。传统上，许多电源设计人员都采用一个综合品质因数(栅极电荷QG &导通阻抗RDS(ON))来评估MOS管或对之进行等级划分。
栅极电荷和导通阻抗之所以重要，是因为二者都对电源的效率有直接的影响。对效率有影响的损耗主要分为两种形式--传导损耗和开关损耗。
栅极电荷是产生开关损耗的主要原因。栅极电荷单位为纳库仑(nc)，是MOS管栅极充电放电所需的能量。栅极电荷和导通阻抗RDS(ON) 在半导体设计和制造工艺中相互关联，一般来说，器件的栅极电荷值较低，其导通阻抗参数就稍高。开关电源中第二重要的MOS管参数包括输出电容、阈值电压、栅极阻抗和雪崩能量。
某些特殊的拓扑也会改变不同MOS管参数的相关品质，例如，可以把传统的同步降压转换器与谐振转换器做比较。谐振转换器只在VDS (漏源电压)或ID (漏极电流)过零时才进行MOS管开关，从而可把开关损耗降至最低。这些技术被成为软开关或零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)技术。由于开关损耗被最小化，RDS(ON) 在这类拓扑中显得更加重要。
低输出电容(COSS)值对这两类转换器都大有好处。谐振转换器中的谐振电路主要由变压器的漏电感与COSS决定。此外，在两个MOS管关断的死区时间内，谐振电路必须让COSS完全放电。
低输出电容也有利于传统的降压转换器(有时又称为硬开关转换器)，不过原因不同。因为每个硬开关周期存储在输出电容中的能量会丢失，反之在谐振转换器中能量反复循环。因此，低输出电容对于同步降压调节器的低边开关尤其重要。
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绝缘栅型场效应管N沟道增强型MOS管中为什么为什么栅和漏之间电压为Vgs-Vds
绝缘栅型场效应管N沟道增强型MOS管中为什么为什么栅和漏之间电压为Vgs-Vds，一个压降是从上到下，一个是从左到右如何相互影响
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如果我们记源栅漏对地（0点位参考点）的电位分别为Vs,Vg,Vd.则Vgs=Vg-Vs,Vds=Vd-vs那么Vgd=Vg-Vd=(Vg-Vs)-(Vd-vs)=Vgs-Vds这个问题不要去考虑那个实际，只考虑数学上的问题。
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如果我们记源栅漏对地（0点位参考点）的电位分别为Vs,Vg,Vd.则Vgs=Vg-Vs,Vds=Vd-vs那么Vgd=Vg-Vd=(Vg-Vs)-(Vd-vs)=Vgs-Vds这个问题不要去考虑那个实际，只考虑数学上的问题。
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