假設(shè)你正在設(shè)計電機控制電路、繼電器驅(qū)動電路、反極性保護(hù)電路或者運算放大的輸出緩沖器，你可能會想到功率 mos 管，那到底怎么選擇到一個合適的功率 mos 管？選擇一個合適的功率 mos 管需要注意哪些參數(shù)？

眾所周知，大家在選型的時候，是一定要去 datasheet 上去看各種參數(shù)的，這篇文章就給大家分析一下功率 mos 管的關(guān)鍵參數(shù)。

功率 mos 管是什么？

因為有看到人問功率 mos 管是什么意思？這里就大致地講一下，雖然是一些比較基礎(chǔ)的知識，但是基礎(chǔ)打牢了，后面就會容易許多了。

功率 mos 管是一種專門用于處理高功率的 mos 管，在低電壓電平的情況下，功率 mos管表現(xiàn)出高開關(guān)速度，并且與其他普通 mos 管相比可以更好地工作。下圖為功率 mos 管器件圖。

率 mos 管器件圖。

功率 mos 管的工作原理

功率 mos 管的工作原理與其他通用的 mos 管相類似，最廣泛使用的 mos 管的本質(zhì)是 n溝道增強型或者 P 溝道增強模式或n溝道耗盡模式。

下圖顯示了由n襯底制成的 n 型 mos 管。

率 mos 管結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)柵極電壓為正時，溝道在 P 型區(qū)域中形成。最重要的是，源極端子位于漏極端子上方，形成垂直結(jié)構(gòu)。

因此在功率 mos 管中，電源在源極和漏極端子之間的柵極區(qū)域下方垂直流過多個并聯(lián)的n+源極，因此功率mos管在導(dǎo)通狀態(tài) RDS(ON) 提供的電阻遠(yuǎn)低于普通 mos 管的電阻，這使得它們能夠處理高電流。

隨著電流增加越 6%（如下圖左側(cè)圖顯示），功率 mos 管的電阻會增加一倍，另一方面，RDS(ON) 受結(jié)溫 T 的影響很大（如下圖右側(cè)圖所示）并且被認(rèn)為是正向的。

RDS(ON) 受結(jié)溫 T影響圖

盡管普通 mos 管和功率 mos 管的結(jié)構(gòu)看起來不同，但其實工作的基本原理并沒有什么太大的區(qū)別，也就是說，在這兩個器件中，導(dǎo)電溝的形成是相同的，只不過是在柵極端施加了合適的偏壓，從而導(dǎo)致了反型層。

普通 mos 管和功率 mos 管表現(xiàn)出的傳輸特性和輸出特性的性質(zhì)幾乎彼此相同，如下圖所示。

功率 mos 管傳輸特性和輸出特性圖

不過需要注意的是，在基于垂直結(jié)構(gòu)的功率 mos 管的情況下，外延層的摻雜和厚度決定了額定電壓，而溝道寬度決定了其額定電流。

這就是功率 mos 管能夠承受高阻斷電壓和高電流的原因，使其適用于低功率開關(guān)應(yīng)用。

然而，即使是基于橫向結(jié)構(gòu)的 mos 管也存在，與基于垂直結(jié)構(gòu)的設(shè)計相比表現(xiàn)更好，尤其是在飽和工作區(qū)域，使其能夠用于高端音頻放大器。

功率 mos 管參數(shù)

絕對最大額定值

絕對最大額定值被定義為不應(yīng)超過的允許限制，即使是一瞬間也不行。如果超過這些值中的一個或多個，功率 mos 管將損壞。因此，需要設(shè)計使用功率mos管的電子設(shè)備，以使超過該值的應(yīng)力即使在瞬間也不會施加到功率 mos 管上。

絕對最大額定值不保證可靠性。即使在絕對最大額定值內(nèi)，如果超過，功率 mos 管的耐用性也會降低，因此，功率mos管可能無法承受長期使用。

功率 mos 管數(shù)據(jù)表中列出的絕對最大額定值的典型特性如下所示，列出的絕對最大額定值參數(shù)取決于功率 mos 管類型。

絕對最大額定值的典型特性圖

電氣特性

電氣特性通過指定溫度、電壓和電流等條件來顯示產(chǎn)品的性能。以下是數(shù)據(jù)表中描述的電氣特性的典型參數(shù)，列出的電氣特性參數(shù)取決于功率 mos 管的類型。

電氣特性的典型參數(shù)圖

漏源擊穿電壓，V(BR)DSS

V (BR)DSS 是漏極和源極之間的擊穿電壓。電氣特性以最小值規(guī)定，并為電路操作的安全性對實際值施加了余量。

然而，V (BR)DSS 和漏源導(dǎo)通電阻 RDS(ON) 之間存在折衷關(guān)系，因此，增加 V(BR)DSS 的余量也會增加 RDS(ON)，因此，V (BR)DSS 的余量一般設(shè)計得越小越好。

V (BR)DSS 具有正溫度系數(shù)，溫度越高，V(BR)DSS 越高。該電路的設(shè)計應(yīng)考慮到 V(BR)DSS 在低溫下變低。

漏源擊穿電壓，V(BR)DSS溫度特性圖

柵極閾值電壓，VGS(TH)

VGS(TH) 是功率 mos 管 開啟且漏極電流 ID 開始流動時柵極和源極之間的電壓。

VGS(TH) 具有負(fù)溫度系數(shù)，溫度越高，VGS(TH) 越低。電路運行期間溫度變高，功率 mos 管 在低電壓下導(dǎo)通。

因此，在設(shè)計電路時必須考慮因溫度特性引起的 VGS(TH) 變化，以避免因噪聲引起的誤動作。

柵極閾值電壓，VGS(TH)溫度特性圖

VGS 是柵極和源極之間的施加電壓。為了控制漏極電流 ID 和 VGS，必須要仔細(xì)看 datasheet 中描述的 ID – VGS 特性并設(shè)置 VGS 以使所需的 ID 能夠流動。

ID – VGS 特性圖

漏源導(dǎo)通電阻，RDS(ON)

RDS(ON) 是當(dāng)漏極電流 ID 流動時漏極和源極之間的電阻。RDS(ON )越大，功率損耗越大，因此，具有小 RDS(ON) 的功率 mos 管是理想的。

RDS(ON) 具有正溫度系數(shù)，溫度越高，RDS(ON) 越高。在高溫下使用時，請考慮因溫度特性引起的 RDS(ON) 的變化。

當(dāng)功率 mos 管并聯(lián)時，如果每個 RDS(ON) 有變化，則大量電流流過 RDS(ON) 小的功率 mos 管。然而，流動電流減少，因為 RDS(ON) 因溫度升高而增加。

流過每個功率 mos管 的電流是平衡的，而流過的電流不會集中在一個功率mos管上，這稱為功率mos管的自穩(wěn)定功能。

漏源導(dǎo)通電阻，RDS(ON)溫度特性圖

RDS(ON) 電阻

下圖顯示了平面功率 mos管（N 溝道）的 RDS(ON) 電阻。

平面功率 mos管（N 溝道）的 RDS(ON) 電阻圖

RDS(ON) 電阻通過以下公式計算。

其中：

RSUB 為襯底電阻，

RDRIFT 為漂移電阻，

RJ-FET 為 J-FET 電阻，

RCH 為溝道電阻，

RN+ 為 N+ 層電阻。擊穿電壓與 RDS(ON)

之間存在折衷關(guān)系，因此，增加擊穿電壓也會增加 RDS(ON) ，為了提高功率 mos 管的擊穿電壓，需要加厚上圖所示的N-層。

因此，高擊穿電壓功率 mos 管的 RDS(ON) 取決于漂移電阻 RDRIFT。相反，低擊穿電壓功率 mos 管的 RDS(ON) 更多地取決于溝道電阻 RCH ，而不是 RDRIFT 。

電容特性 (Ciss , Coss , Crss )

如下圖所示，由于功率 mos 管的結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生寄生電容（CGS、CGD、CDS）。這些寄生電容會影響開關(guān)特性。

電容特性 (Ciss , Coss , Crss )圖

輸入電容，Ciss

輸入電容 Ciss 影響延遲時間。當(dāng) Ciss 大時，延遲時間長，因為在功率 mos 管導(dǎo)通/關(guān)斷時必須對大量電荷進(jìn)行充電/放電。Ciss 越大，功率損耗越大。因此，Ciss 小的功率 mos 管是理想的。

C iss通過下式計算。

輸出電容，Coss

輸出電容 Coss影響關(guān)斷特性。

當(dāng) Coss 較大時，漏源電壓 VDS 的電壓變化率 dv/dt 在功率 mos 管關(guān)斷時降低，從而降低了噪聲的影響，但增加了導(dǎo)通關(guān)閉下降時間t f。

Coss通過下式計算。

反向傳輸電容，Crss

反向傳輸電容，Crss 也稱為鏡像電容。

Crss 影響高頻特性。Crss 越大，越出現(xiàn)以下特征:

導(dǎo)通時漏源電壓 VDS 的下降時間較長（導(dǎo)通上升時間 t r較長）

關(guān)斷時漏源電壓 VDS 的上升時間較長（關(guān)斷下降時間 t f較長）

功率損耗大

反向傳輸電容 Crss 通過以下公式計算。

充電特性 (QG , QGS , QGD )

總柵極電荷 QG、柵極到源極電荷 QGS 和柵極到漏極電荷 QGD 是驅(qū)動功率 mos管所需的電荷。

充電特性圖

這些影響開關(guān)特性。該值越小，功率損耗越小，實現(xiàn)快速切換。

開關(guān)特性 (td(ON) , tr , td(OFF) , tf )

下圖顯示了切換時間的定義。

充電特性圖

開啟延遲時間，td(ON)：從 VGS 設(shè)定值的 10%到 VDS 設(shè)定值的 90% 的時間

開啟上升時間，tr：從 VDS 設(shè)定值的 90% 到 10% 的時間

開啟時間，tON：t (ON) 和 tr 的總時間。

關(guān)斷時間，td(OFF)：從 VGS 設(shè)定值的 90%到 VDS 設(shè)定值的 10% 的時間

關(guān)斷下降時間，tf：從 VDS 設(shè)定值的 10% 到 90% 的時間

關(guān)斷時間，tOFF：td(OFF )和 tf 的總時間。

體二極管

下圖中可以看到體二極管，源極金屬化連接到 N+ 和 P 注入。

盡管 功率 mos 管的基本原理只要求源極連接到 N+ 區(qū)，因此，這將導(dǎo)致 N 摻雜源極和漏極之間的浮動 P 區(qū)。

功率 mos 管相當(dāng)于一個基極不相連的NPN晶體管。在某些條件下，例如高漏極電流，在相同伏特的導(dǎo)通狀態(tài)漏極到源極電壓的情況下，應(yīng)該觸發(fā) NPN 的寄生晶體管并使功率 mos 管不可控。

功率 mos 管體二極管圖

由于功率 mos 管的結(jié)構(gòu)，在源極和漏極之間會產(chǎn)生一個體二極管。下圖顯示了體二極管的 IS – VSD特性。

VSD具有負(fù)溫度特性，因此溫度越高，V D越低。

IS – VSD特性圖

下圖顯示了體二極管的反向恢復(fù)特性。峰值恢復(fù)電流定義為 IRM。反向恢復(fù)時間t rr和反向恢復(fù)電荷Qrr越小，功率損耗越小。

體二極管反向恢復(fù)特性圖

熱特性

以下是數(shù)據(jù)表中描述的熱特性的典型參數(shù)。列出的熱特性參數(shù)取決于功率 mos 管的類型。

以上就是關(guān)于功率mos管參數(shù)的一些分析

審核編輯 ：李倩