MOS的选择

MOS的设计主要就是基于几对矛盾的选择。

而为了针对不同的应用,适应不同的市场需求,各大小厂家生产出了高低电压、大小电流、高低开关阀值等等林林总总几千上万种型。

先借两个图说明datasheet的主要电参数。


功率MOS器件中,BV与Rdson是最大的一对矛盾。

BVds在20-100V范围的器件的Rdson的表象关系如下图所示。


可以看到,起码从50-100V段,与Rdson是呈现线性增大的关系;其实从100-700V段,也是如此。

可以想象的是,若在保证同样BV的前提下要求Rdson的降低,可看作同样单位的晶胞数量的增加,意味着单位芯片的面积增加,也即意味着单位成本的增加,也即价格上升。

而这个关系,起码在100V-700V的耐压段的器件中,大致是线性增加的关系!

当然,这是在同等工艺前提下的比较。

功率MOSFET的Rdson具有正温度特性。


如图,Rdson与温度呈非线性关系。


在一些高温环境的应用,例如汽车电子装备等,在进行散热计算时须充分考虑该特性。

对某一类器件,假定Tc=150时的额定值与Tc=25时的比值为一个固定数值;

100V以下的中低耐压的器件,该数值为1.7-1.8

500V左右的高耐压的器件,该数值为2.4-2.5

根据栅极驱动阀值电压的不同,功率MOSFET会分Vgsth为10V、4V、2.5V等产品类,近年一些如电池管理等应用还出现一些低阀值(18V-2.5V)的器件。

在规格书中,一般是通过如下图来描述的:


Vth有负温度特性,温度上升100度大致降低0.5V。


如何降低Vth,一般是通过栅极氧化膜的薄化来实现。

选用低Vth的器件时,应在设计中充分考虑关断后驱动电压低电平处理,避免续断噪音或失误。

Qg、Qgd是在设计高频应用中开关损耗的重要项目。

如图a中,为达到指定的驱动电压Vgs值(图中xV),栅极的总充电电荷量,即为Qg;Qgd相当与米勒电容Crss,也是影响开关特性的重要参数。两个参数与Vds正相关,Qg与Vds依存关系如图b。


为了驱动栅极的栅极峰值电流Ig(peak)和驱动损耗P(drive loss)可用下式计算:


Ig(peak)=Qg/t

P(drive loss)=f*Qg*Vgs

在高速开关的应用中,功率MOS的Rdson*Qg的积越小,代表器件性能越好。

在功率MOSFET的D、S极间有个寄生二极管。此二极管的额定电流值Idr和正向D极电流额定值Id相同。

此二极管的特性是:当栅极驱动电压为“零”压降时,此二极管与平常的二极管的正向压降特性相同;当栅极驱动电压为正压降时,此二极管能得到一个即使和肖特基二极管相比还要低的正向压降,如图。此正向压降大小由此时的Rdson决定,Vsd=Id*Rdson


利用这个反向特性的特点,可积极应用于如下用途:


防止电池反接的负载开关

替代电机驱动电路的外接二极管

开关电源的二次侧同步整流电路


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