捷配欢迎您!
微信扫一扫关注我们
当前位置：&>>&&>>&&>>&MOS开关管的选择及原理应用
　　一般情况下普遍用于高端驱动的MOS,导通时需要是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，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
&&& MOS管是电压驱动，按理说只要栅极电压到到开启电压就能导通DS,栅极串多大均能导通。但如果要求开关频率较高时，栅对地或VCC可以看做是一个电容，对于一个电容来说，串的电阻越大，栅极达到导通电压时间越长，MOS处于半导通状态时间也越长，在半导通状态内阻较大，发热也会增大，极易损坏MOS,所以高频时栅极栅极串的电阻不但要小，一般要加前置驱动电路的。下面我们先来了解一下MOS管开关的基础知识。
　　1、MOS管种类和结构
　　管是FET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，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。
　　至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。
　　对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS.原因是导通电阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS.下面的介绍中，也多以NMOS为主。
　　MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。
　　在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生。这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在芯片内部通常是没有的。
　　2、MOS管导通特性
　　导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。
　　NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
　　PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS.
　　3、MOS开关管损失
　　不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。
　　MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。
　　导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。
　　4、MOS管驱动
　　跟双极性相比，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，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。
　　在MOS管的结构中可以看到，在GS,GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。&&&
　　而在进行的选择时，因为MOSFET有两大类型：N沟道和P沟道。在功率系统中，MOSFET可被看成电气开关。当在N沟道MOSFET的栅极和源极间加上正电压时，其开关导通。导通时，电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻，称为导通电阻RDS（ON）。必须清楚MOSFET的栅极是个高阻抗端，因此，总是要在栅极加上一个电压。这就是后面介绍电路图中栅极所接电阻至地。如果栅极为悬空，器件将不能按设计意图工作，并可能在不恰当的时刻导通或关闭，导致系统产生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电压为零时，开关关闭，而电流停止通过器件。虽然这时器件已经关闭，但仍然有微小电流存在，这称之为漏电流，即IDSS.
　　第一步：选用N沟道还是P沟道
　　为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道MOSFET.在典型的功率应用中，当一个MOSFET接地，而负载连接到干线电压上时，该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应采用N沟道MOSFET,这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当MOSFET连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOSFET,这也是出于对电压驱动的考虑。
　　第二步：确定额定电流
　　第二步是选择MOSFET的额定电流。视电路结构而定，该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的MOSFET能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。该参数以管DATASHEET为参考，参数如图所示：
　　在连续导通模式下，MOSFET处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌（或尖峰电流）流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。
　　选好额定电流后，还必须计算导通损耗。在实际情况下，MOSFET并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能损耗，这称之为导通损耗。MOSFET在“导通”时就像一个可变电阻，由器件的RDS（ON）所确定，并随温度而显着变化。器件的功率耗损可由Iload2×RDS（ON）计算，由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOSFET施加的电压VGS越高，RDS（ON）就会越小；反之RDS（ON）就会越高。对系统设计人员来说，这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说，采用较低的电压比较容易（较为普遍），而对于工业设计，可采用较高的电压。注意RDS（ON）电阻会随着电流轻微上升。关于RDS（ON）电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。
　　第三步：确定热要求
　　选择MOSFET的下一步是计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况，即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果，因为这个结果提供更大的安全余量，能确保系统不会失效。在MOSFET的资料表上还有一些需要注意的测量数据；比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻，以及最大的结温。
　　器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积（结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散]）。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散，即按定义相等于I2×RDS（ON）。由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流，因此可以计算出不同温度下的RDS（ON）。值得注意的是，在处理简单热模型时，设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量；即要求印刷电路板和封装不会立即升温。
　　通常，一个PMOS管，会有寄生的二极管存在，该二极管的作用是防止源漏端反接，对于PMOS而言，比起NMOS的优势在于它的开启电压可以为0,而DS电压之间电压相差不大，而NMOS的导通条件要求VGS要大于阈值，这将导致控制电压必然大于所需的电压，会出现不必要的麻烦。选用PMOS作为控制开关，有下面两种应用：
　　第一种应用，由PMOS来进行电压的选择，当V8V存在时，此时电压全部由V8V提供，将PMOS关闭，VBAT不提供电压给VSIN,而当V8V为低时，VSIN由8V供电。注意R120的接地，该电阻能将栅极电压稳定地拉低，确保PMOS的正常开启，这也是前文所描述的栅极高阻抗所带来的状态隐患。D9和D10的作用在于防止电压的倒灌。D9可以省略。这里要注意到实际上该电路的DS接反，这样由附生二极管导通导致了开关管的功能不能达到，实际应用要注意。
　　来看这个电路，控制信号PGC控制V4.2是否给P_GPRS供电。此电路中，源漏两端没有接反，与R113存在的意义在于R110控制栅极电流不至于过大，R113控制栅极的常态，将R113上拉为高，截至PMOS,同时也可以看作是对控制信号的上拉，当MCU内部管脚并没有上拉时，即输出为开漏时，并不能驱动PMOS关闭，此时，就需要外部电压给予的上拉，所以电阻R113起到了两个作用。R110可以更小，到100欧姆也可。
　　另外，我们再来MOS管的开关特性
　　一、静态特性&&&&
&&&& MOS管作为，同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件，所以主要由栅源电压uGS决定其工作状态。
　　工作特性如下：
　　※ uGS&开启电压UT:MOS管工作在截止区，漏源电流iDS基本为0,输出电压uDS≈UDD,MOS管处于“断开”状态，其等效电路如下图所示。
　　※ uGS&开启电压UT:MOS管工作在导通区，漏源电流iDS=UDD/（RD+rDS）。其中，rDS为MOS管导通时的漏源电阻。输出电压UDS=UDD?rDS/（RD+rDS），如果rDS《RD,则uDS≈0V,MOS管处于“接通”状态，其等效电路如上图（c）所示。
　　二、动态特性
　　MOS管在导通与截止两种状态发生转换时同样存在过渡过程，但其动态特性主要取决于与电路有关的杂散电容充、放电所需的时间，而管子本身导通和截止时电荷积累和消散的时间是很小的。下图 （a）和（b）分别给出了一个NMOS管组成的电路及其动态特性示意图。
　　NMOS管动态特性示意图
　　当输入电压ui由高变低，MOS管由导通状态转换为截止状态时，电源UDD通过RD向杂散电容CL充电，充电时间常数τ1=RDCL.所以，输出电压uo要通过一定延时才由低电平变为高电平；当输入电压ui由低变高，MOS管由截止状态转换为导通状态时，杂散电容CL上的电荷通过rDS进行放电，其放电时间常数τ2≈rDSCL.可见，输出电压Uo也要经过一定延时才能转变成低电平。但因为rDS比RD小得多，所以，由截止到导通的转换时间比由导通到截止的转换时间要短。&&&&&
&&&&& 由于MOS管导通时的漏源电阻rDS比晶体的饱和电阻rCES要大得多，漏极外接电阻RD也比晶体管集电极电阻RC大，所以，MOS管的充、放电时间较长，使MOS管的开关速度比晶体三极管的开关速度低。不过，在CMOS电路中，由于充电电路和放电电路都是低阻电路，因此，其充、放电过程都比较快，从而使CMOS电路有较高的开关速度。
技术资料出处:电源网
该文章仅供学习参考使用，版权归作者所有。
因本网站内容较多，未能及时联系上的作者，请按本网站显示的方式与我们联系。
【】【】【】【】
上一篇：下一篇：
本文已有(0)篇评论
发表技术资料评论，请使用文明用语
字符数不能超过255
暂且没有评论!
12345678910
12345678910
12345678910
1 SCADA系统的特点SCADA系统一般采用分散式测控、集中式管理的方式，整个系统由监控中心、若干个分散的远程测控终端RTU（Remote Terminal Unit）和通信介质三部分组成。监控中心又称主站，是SCADA系统的核心，负责控制管理整个系统的运行；RTU又称外围...[][][][][][][][][][]
IC热门型号
IC现货型号
推荐电子百科MOS管被击穿的原因及解决方案(全)_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
MOS管被击穿的原因及解决方案(全)
阅读已结束，下载文档到电脑
想免费下载更多文档？
定制HR最喜欢的简历
下载文档到电脑，方便使用
还剩5页未读，继续阅读
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢文章摘自：LED社区（
　MOSFET的击穿有哪几种?
　　Source、Drain、Gate
　　场效应管的三极:源级S 漏级D 栅级G
　　(这里不讲栅极GOX击穿了啊，只针对漏极电压击穿)
　　先讲测试条件，都是源栅衬底都是接地，然后扫描漏极电压，直至Drain端电流达到1uA。所以从器件结构上看，它的漏电通道有三条：Drain到source、Drain到Bulk、Drain到Gate。
　　1) Drain-&Source穿通击穿:
　　这个主要是Drain加反偏电压后，使得Drain/Bulk的PN结耗尽区延展，当耗尽区碰到Source的时候，那源漏之间就不需要开启就形成了 通路，所以叫做穿通(punch through)。那如何防止穿通呢?这就要回到二极管反偏特性了，耗尽区宽度除了与电压有关，还与两边的掺杂浓度有关，浓度越高可以抑制耗尽区宽度延 展，所以flow里面有个防穿通注入(APT: Anti Punch Through)，记住它要打和well同type的specis。当然实际遇到WAT的BV跑了而且确定是从Source端走了，可能还要看是否 PolyCD或者Spacer宽度，或者LDD_IMP问题了，那如何排除呢?这就要看你是否NMOS和PMOS都跑了?POLY CD可以通过Poly相关的WAT来验证。对吧?
　　对于穿通击穿，有以下一些特征：
　　(1)穿通击穿的击穿点软，击穿过程中，电流有逐步增大的特征，这是因为耗尽层扩展较宽，产生电流较大。另一方面，耗尽层展宽大容易发生DIBL效应，使源衬底结正偏出现电流逐步增大的特征。
　　(2)穿通击穿的软击穿点发生在源漏的耗尽层相接时，此时源端的载流子注入到耗尽层中，
　　被耗尽层中的电场加速达到漏端，因此，穿通击穿的电流也有急剧增大点，这个电流的急剧增大和雪崩击穿时电流急剧增大不同，这时的电流相当于源衬底PN结正向导通时的电流，而雪崩击穿时的电流主要为PN结反向击穿时的雪崩电流，如不作限流，雪崩击穿的电流要大。
　　(3)穿通击穿一般不会出现破坏性击穿。因为穿通击穿场强没有达到雪崩击穿的场强，不会产生大量电子空穴对。
　　(4)穿通击穿一般发生在沟道体内，沟道表面不容易发生穿通，这主要是由于沟道注入使表面浓度比浓度大造成，所以，对NMOS管一般都有防穿通注入。
　　(5)一般的，鸟嘴边缘的浓度比沟道中间浓度大，所以穿通击穿一般发生在沟道中间。
　　(6)多晶栅长度对穿通击穿是有影响的，随着栅长度增加，击穿增大。而对雪崩击穿，严格来说也有影响，但是没有那么显著。
　　2) Drain-&Bulk雪崩击穿:
　　这就单纯是PN结雪崩击穿了(**alanche Breakdown)，主要是漏极反偏电压下使得PN结耗尽区展宽，则反偏电场加在了PN结反偏上面，使得电子加速撞击晶格产生新的电子空穴对 (Electron-Hole pair)，然后电子继续撞击，如此雪崩倍增下去导致击穿，所以这种击穿的电流几乎快速增大，I-V curve几乎垂直上去，很容烧毁的。(这点和源漏穿通击穿不一样)
　　那如何改善这个junction BV呢?所以主要还是从PN结本身特性讲起，肯定要降低耗尽区电场，防止碰撞产生电子空穴对，降低电压肯定不行，那就只能增加耗尽区宽度了，所以要改变 doping profile了，这就是为什么突变结(Abrupt junction)的击穿电压比缓变结(Graded Junction)的低。这就是学以致用，别人云亦云啊。
　　当然除了doping profile，还有就是doping浓度，浓度越大，耗尽区宽度越窄，所以电场强度越强，那肯定就降低击穿电压了。而且还有个规律是击穿电压通常是由低 浓度的那边浓度影响更大，因为那边的耗尽区宽度大。公式是BV=K*(1/Na+1/Nb)，从公式里也可以看出Na和Nb浓度如果差10倍，几乎其中一 个就可以忽略了。
　　那实际的process如果发现BV变小，并且确认是从junction走的，那好好查查你的Source/Drain implant了
　　3) Drain-&Gate击穿：这个主要是Drain和Gate之间的Overlap导致的栅极氧化层击穿，这个有点类似GOX击穿了，当然它更像 Poly finger的GOX击穿了，所以他可能更care poly profile以及sidewall damage了。当然这个Overlap还有个问题就是GIDL，这个也会贡献Leakage使得BV降低。
　　上面讲的就是MOSFET的击穿的三个通道，通常BV的case以前两种居多。
　　上面讲的都是Off-state下的击穿，也就是Gate为0V的时候，但是有的时候Gate开启下Drain加电压过高也会导致击穿的，我们称之为 On-state击穿。这种情况尤其喜欢发生在Gate较低电压时，或者管子刚刚开启时，而且几乎都是NMOS。所以我们通常WAT也会测试BVON，
　　不要以为很奇怪，但是测试condition一定要注意，Gate不是随便加电压的哦，必须是Vt附近的电压。(本文开始我贴的那张图，Vg越低时on-state击穿越低)
　　有可能是Snap-back导致的，只是测试机台limitation无法测试出标准的snap-back曲线。另外也有可能是开启瞬间电流密度太大，导致大量电子在PN结附近被耗尽区电场加速撞击。
与非门科技(北京)有限公司 All Rights Reserved.
京ICP证:070212号
北京市公安局备案编号： 京ICP备：号相关文章推荐
在调试程序时，输出调试信息是一种普遍、有效的方法。输出调试信息一般有以下五种方法： 方法一：直接使用屏幕打印函数printf。 该方法直接在需要输出调试信息的位置使用函数printf输出相应的调试信息...
NAND用R/B输出作为一种硬件方法标示页操作、擦除和随机读等操作的完成，平时R/B为高电平状态，但当NAND进行编程、随机读或擦除操作时变为低电平状态，操作完成后又变为高电平状态。R/B引脚为漏极开...
上拉电阻的目的：
1、当TTL 电路驱动COMS 电路时，如果TTL 电路输出的高电平低于COMS 电路的最低高电平（一般为3.5V）， 这时就需要在TTL 的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值...
一、0欧姆电阻
电路设计中常见到0欧的电阻，大家往往会很迷惑：既然是0欧的电阻，那就是导线，为何要装上它呢？还有这样的电阻市场上有卖吗？其实0欧的电阻还是蛮有用的。大概有以下几个功能，其最重要且经常...
他的最新文章
他的热门文章
您举报文章：
举报原因：
原文地址：
原因补充：
(最多只允许输入30个字)