詳細(xì)分析功率MOS管

功率MOSFET的正向?qū)ǖ刃щ娐罚?）：等效電路（2）：說(shuō)明：功率MOSFET正向?qū)〞r(shí)可用一電阻等效，該電阻與溫度有關(guān)，溫度升高，該電阻變大；它還與門極驅(qū)動(dòng)電壓的大小有關(guān)，驅(qū)動(dòng)電壓升高，該電阻變小。詳細(xì)的關(guān)系曲線可從制造商的手冊(cè)中獲得。功率MOSFET的反向?qū)ǖ刃щ娐罚?）（1）：等效電路（門極不加控制）（2）：說(shuō)明：即內(nèi)部二極管的等效電路，可用一電壓降等效，此二極管為MOSFET的體二極管，多數(shù)情況下，因其特性很差，要避免使用。功率MOSFET的反向?qū)ǖ刃щ娐罚?）（1）：等效電路（門極加控制）（2）：說(shuō)明：功率MOSFET在門級(jí)控制下的反向?qū)ǎ部捎靡浑娮璧刃?，該電阻與溫度有關(guān)，溫度升高，該電阻變大；它還與門極驅(qū)動(dòng)電壓的大小有關(guān)，驅(qū)動(dòng)電壓升高，該電阻變小。詳細(xì)的關(guān)系曲線可從制造商的手冊(cè)中獲得。此工作狀態(tài)稱為MOSFET的同步整流工作，是低壓大電流輸出開關(guān)電源中非常重要的一種工作狀態(tài)。功率MOSFET的正向截止等效電路（1）：等效電路（2）：說(shuō)明：功率MOSFET正向截止時(shí)可用一電容等效，其容量與所加的正向電壓、環(huán)境溫度等有關(guān)，大小可從制造商的手冊(cè)中獲得。功率MOSFET的穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)（1）：功率MOSFET穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流/電壓曲線（2）：說(shuō)明：功率MOSFET正向飽和導(dǎo)通時(shí)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：當(dāng)門極不加控制時(shí)，其反向?qū)ǖ姆€(wěn)態(tài)工作點(diǎn)同二極管。（3）：穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)：--門極與源極間的電壓Vgs控制器件的導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)Vgs<Vth時(shí)，器件處于斷開狀態(tài)，Vth一般為3V；當(dāng)Vgs>Vth時(shí)，器件處于導(dǎo)通狀態(tài)；器件的通態(tài)電阻與Vgs有關(guān)，Vgs大，通態(tài)電阻?。欢鄶?shù)器件的Vgs為12V-15V，額定值為+-30V；--器件的漏極電流額定是用它的有效值或平均值來(lái)標(biāo)稱的；只要實(shí)際的漏極電流有效值沒有超過(guò)其額定值，保證散熱沒問(wèn)題，則器件就是安全的；--器件的通態(tài)電阻呈正溫度系數(shù)，故原理上很容易并聯(lián)擴(kuò)容，但實(shí)際并聯(lián)時(shí)，還要考慮驅(qū)動(dòng)的對(duì)稱性和動(dòng)態(tài)均流問(wèn)題；--目前的Logic-Level的功率MOSFET，其Vgs只要5V，便可保證漏源通態(tài)電阻很小；--器件的同步整流工作狀態(tài)已變得愈來(lái)愈廣泛，原因是它的通態(tài)電阻非常?。壳白钚〉臑?-4毫歐），在低壓大電流輸出的DC/DC中已是最關(guān)鍵的器件；包含寄生參數(shù)的功率MOSFET等效電路（1）：等效電路（2）：說(shuō)明：實(shí)際的功率MOSFET可用三個(gè)結(jié)電容，三個(gè)溝道電阻，和一個(gè)內(nèi)部二極管及一個(gè)理想MOSFET來(lái)等效，相關(guān)視頻推薦:深入了解MOSFET的工作原理。三個(gè)結(jié)電容均與結(jié)電壓的大小有關(guān)，而門極的溝道電阻一般很小，漏極和源極的兩個(gè)溝道電阻之和即為MOSFET飽和時(shí)的通態(tài)電阻。功率MOSFET的開通和關(guān)斷過(guò)程原理（1）：開通和關(guān)斷過(guò)程實(shí)驗(yàn)電路

（2）：MOSFET的電壓和電流波形：

（3）：開關(guān)過(guò)程原理：開通過(guò)程[t0~t4]：在t0前，MOSFET工作于截止?fàn)顟B(tài)，t0時(shí)，MOSFET被驅(qū)動(dòng)開通；[t0-t1]區(qū)間，MOSFET的GS電壓經(jīng)Vgg對(duì)Cgs充電而上升，在t1時(shí)刻，到達(dá)維持電壓Vth，MOSFET開始導(dǎo)電；[t1-t2]區(qū)間，MOSFET的DS電流增加，Millier電容在該區(qū)間內(nèi)因DS電容的放電而放電，對(duì)GS電容的充電影響不大；[t2-t3]區(qū)間，至t2時(shí)刻，MOSFET的DS電壓降至與Vgs相同的電壓，Millier電容大大增加，外部驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)Millier電容進(jìn)行充電，GS電容的電壓不變，Millier電容上電壓增加，而DS電容上的電壓繼續(xù)減??；[t3-t4]區(qū)間，至t3時(shí)刻，MOSFET的DS電壓降至飽和導(dǎo)通時(shí)的電壓，Millier電容變小并和GS電容一起由外部驅(qū)動(dòng)電壓充電，GS電容的電壓上升，至t4時(shí)刻為止。此時(shí)GS電容電壓已達(dá)穩(wěn)態(tài)，DS電壓也達(dá)最小，即穩(wěn)定的通態(tài)壓降。關(guān)斷過(guò)程[t5~t9

]：在t5前，MOSFET工作于導(dǎo)通狀態(tài)，t5時(shí)，MOSFET被驅(qū)動(dòng)關(guān)斷；[t5-t6]區(qū)間，MOSFET的Cgs電壓經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路電阻放電而下降，在t6時(shí)刻，MOSFET的通態(tài)電阻微微上升，DS電壓梢稍增加，但DS電流不變；[t6-t7]區(qū)間，在t6時(shí)刻，MOSFET的Millier電容又變得很大，故GS電容的電壓不變，放電電流流過(guò)Millier電容，使DS電壓繼續(xù)增加；[t7-t8]區(qū)間，至t7時(shí)刻，MOSFET的DS電壓升至與Vgs相同的電壓，Millier電容迅速減小，GS電容開始繼續(xù)放電，此時(shí)DS電容上的電壓迅速上升，DS電流則迅速下降；[t8-t9]區(qū)間，至t8時(shí)刻，GS電容已放電至Vth，MOSFET完全關(guān)斷；該區(qū)間內(nèi)GS電容繼續(xù)放電直至零。因二極管反向恢復(fù)引起的MOSFET開關(guān)波形（1）：實(shí)驗(yàn)電路

（2）：因二極管反向恢復(fù)引起的MOSFET開關(guān)波形：功率MOSFET的功率損耗公式（1）：導(dǎo)通損耗：

該公式對(duì)控制整流和同步整流均適用

該公式在體二極管導(dǎo)通時(shí)適用（2）：容性開通和感性關(guān)斷損耗：

為MOSFET器件與二極管回路中的所有分布電感只和。一般也可將這個(gè)損耗看成器件的感性關(guān)斷損耗。

（3）：開關(guān)損耗：開通損耗：

考慮二極管反向恢復(fù)后：

關(guān)斷損耗：

驅(qū)動(dòng)損耗：功率MOSFET的選擇原則與步驟（1）：選擇原則（A）：根據(jù)電源規(guī)格，合理選擇MOSFET器件（見下表）：（B）：選擇時(shí)，如工作電流較大，則在相同的器件額定參數(shù)下，--應(yīng)盡可能選擇正向?qū)娮栊〉腗OSFET；--應(yīng)盡可能選擇結(jié)電容小的MOSFET。

（2）：選擇步驟（A）：根據(jù)電源規(guī)格，計(jì)算所選變換器中MOSFET的穩(wěn)態(tài)參數(shù)：正向阻斷電壓最大值；最大的正向電流有效值；（B）：從器件商的DATASHEET中選擇合適的MOSFET，可多選一些以便實(shí)驗(yàn)時(shí)比較；（C）：從所選的MOSFET的其它參數(shù)，如正向通態(tài)電阻，結(jié)電容等等，估算其工作時(shí)的最大損耗，與其它元器件的損耗一起，估算變換器的效率；（D）：由實(shí)驗(yàn)選擇最終的MOSFET器件。理想開關(guān)的基本要求（1）：符號(hào)

（2）：要求（A）：穩(wěn)態(tài)要求：合上K后開關(guān)兩端的電壓為零；開關(guān)中的電流有外部電路決定；開關(guān)電流的方向可正可負(fù)；開關(guān)電流的容量無(wú)限。斷開K后開關(guān)兩端承受的電壓可正可負(fù)；開關(guān)中的電流為零；開關(guān)兩端的電壓有外部電路決定；開關(guān)兩端承受的電壓容量無(wú)限。（B）：動(dòng)態(tài)要求：K的開通控制開通的信號(hào)功率為零；開通過(guò)程的時(shí)間為零。K的關(guān)斷控制關(guān)斷的信號(hào)功率為零；關(guān)斷過(guò)程的時(shí)間為零。（3）：波形其中：H：控制高電平；L：控制低電平Ion可正可負(fù)，其值有外部電路定；Voff可正可負(fù)，其值有外部電路定。用電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)理想開關(guān)的限制（1）：電子開關(guān)的電壓和電流方向有限制：（2）：電子開關(guān)的穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性有限制：導(dǎo)通時(shí)有電壓降；（正向壓降，通態(tài)電阻等）截止時(shí)有漏電流；最大的通態(tài)電流有限制；最大的阻斷電壓有限制；控制信號(hào)有功率要求，等等。（3）：電子開關(guān)的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性有限制開通有一個(gè)過(guò)程，其長(zhǎng)短與控制信號(hào)及器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)；關(guān)斷有一個(gè)過(guò)程，其長(zhǎng)短與控制信號(hào)及器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)；最高開關(guān)頻率有限制。目前作為開關(guān)的電子器件非常多。在開關(guān)電源中，用得最多的是二極管、MOSFET、IGBT等，以及它們的組合。電子開關(guān)的四種結(jié)構(gòu)（1）：?jiǎn)蜗笙揲_關(guān)

（2）：電流雙向（雙象限）開關(guān)

（3）：電壓雙向（雙象限）開關(guān)

（4）：四單象限開關(guān)開關(guān)器件的分類（1）：按制作材料分類：（Si）功率器件；（Ga）功率器件；（GaAs）功率器件；（SiC）功率器件；（GaN）功率器件；---下一代（Diamond）功率器件；---再下一代（2）：按是否可控分類：完全不控器件：如二極管器件；可控制開通，但不能控制關(guān)斷：如普通可控硅器件；全控開關(guān)器件電壓型控制器件：如MOSFET，IGBT，IGT/COMFET，SIT等；電流型控制期間：如GTR，GTO等（3）：按工作頻率分類：低頻功率器件：如可控硅，普通二極管等；中頻功率器件：如GTR，IGBT，IGT/COMFET；高頻功率器件：如MOSFET，快恢復(fù)二