贝博体育艾弗森代言:MOS管的导通条件和MOS驱动电流计算

发布时间:2023-12-25 00:49:51 来源:贝博体育艾弗森代言

  a. **ID(持续漏极电流)**:该参数含义是mos能持续承受的电流值,在设计中,产品的实际通过电流值应远小于该值,至少应小于1/3以下,例:该mos管的使用持续电流应小于50A。

  b. **PD(mos管的最大耗散功率)**:该参数是指设计中,实际通过mos管的电流与漏源两端的电压差值乘积,不应大于该值。 所以该值的很大程度取决于mos管中实际流过的电流值。

  c. **Vgs(栅源电压范围)**:该值表示在mos管的实际开启关闭中,GS间所能承受的最大电压范围。

  d. **VDSS(漏源间可承受的最大电压差值)**:该值一般我们看最小电压值,在实际设计中mos管DS端的电压差值也应远小于该值,并留有较大余量。(例如该mos管为75V,那么实际设计可承受的电压值应小于40V)。

  一般在datasheet中,我们一般都只仅仅关注了两个参数值,如下图中参数:

  我们许多初级的设计师,在使用mos管一般就会仅仅只关注这两个参数,即Vgs max与vgs th。

  在该mos管中,该值的范围为2v~4v之间,mos工作在放大区域。 即mos管的导通沟道没有完全形成,这时的mos管是极其脆弱的。如果此时我们在mos管DS间设计大的电压,就可能会导致mos管的损坏,具体的原因是mos管没有完全导通,而此时DS压差又很大,又因为mos管自身有电阻的影响,所以导致此时通过mos管的电流非常大的。

  mos管的预夹断:对于N沟道增强型MOS,只要VGSVGSth,mos管DS之间就会出现反型层(即mos管已经导通,并在DS间形成了一条通道,该通道形成是因为栅极电压VGS的增大,将电子吸引至耗尽层形成),然后这时我们在mos管的DS间设置电压,D端连接电源正极,S端连接电源负极。那么问题就出现了,由于mos管的D端带有正电压,而形成的通道中带有负电,所以此时D端就会出现对通道中电子的吸引。导致耗尽通道中靠近D端的通道越来越窄,而在S端的通道越来越宽的情况(排斥)。如下图所示。

  此时随着VDS的逐渐增大,当VDS=VGS-VGS th时,沟通在漏极一端恰好消失,此时就称为预夹断。

  mos管的夹断:如果此时MOS管的D端电压持续升高,即当VDSVGS- VGS th时,那么MOS管的D端反型层将彻底消失,出现了夹断区域。若此时VGS、VDS持续上升 ,那么S端的电子就会不受VGS控制,直接经过空间电荷区到达漏极,这就会导致DS间直接导通,此时mos管将损坏。

  看完以上参数延申出来的问题是,VGS电压值我们到底该如何选呢?它写的2~4v,那么设计时VGS只要大于4V,比如5V就可以了呢?

  相信如果你理解了以上参数后,基本就会明白。 在设计时,咱们不可以仅仅只看VGSth的限制电压,还需要结合VDS电压进行判断。

  这个问题主要是很多时候的很多同学,都会提出反驳的意见。根据课本上学习的知识,MOS管是电压型控制器件,所以开关时对于栅极的电流没有一点要求。 其实这样的理解是不正确的。 这里就需要再重新理解下MOS管的开关过程。我们应该引入MOS管的寄生电容与米勒效应。

  图中的CGD和CGS和CDS都是mos管的寄生电容,它是由于mos管的生产的基本工艺决定的。

  看到这里的电容相信很多同学就明白了,我们为啥说MOS管的开关也需要栅极电流的参与。我们大家可以这样理解,当我们栅极接通电压后,那么此时将先给CGS充电,当CGS充满电后,才会促进打开mos管。同理我们都知道电容充电时的电流要求是比较大的,如果此时我们的栅极不能提供足够的电流能量,那么VGS处于米勒平台的时间将会特别长,显然这不是我们想要的结果。如下图

  所以为了使mos管快速导通,我们就需要在栅极提供足够大的电流,来使mos管快速导通。那么导体需要多大的电流才合适呢?这个其实能够最终靠datasheet提供的参数Qgs Qgd Qg(此处的单位为电荷量的库仑)进行计算出来。

  **此处的FSW代表的为mos管开关频率,QG则代表的是mos管寄生电容值(一般我们取最大值)。

  IG=500*170=85000uA=85mA(所以从此处能够准确的看出,当开关频率越高时,栅极所需要的驱动电流越大),显然这样的电流不是我们一般IO管脚能够给大家提供的,所以我们一般都会采用到了推挽电路(推挽电路需考虑三极管器件的0.7V压降)或者专用的驱动芯片进行驱动**。

  最后,我们还需要提一下mos管另一个重要曲线,即mos管的SOA曲线。如下图,在这张图中我们呢就能够准确的通过我们实际的使用场景,来判断出MOS管的持续通电时间,即高电平占空比即周期。

  蓝色:在VDS电压比较小时,ID通过的电流的大小主要由MOS管的RSDS(on)来进行限制。在该区域内,当VGS电压与环境和温度条件不变时时,我们近似把RDSON看似一个定值,由此得出VDS= ID · RDS(ON)。

  黄色:在VDS升高到一定的值以后,MOS的安全区域主要由MOS的热阻相关也就是耗散功率来进行限制,而DC曲线则表示当流过电流为连续的直流电流时,MOSFET可以耐受的电流能力。其它标示着时间的曲线则表示MOSFET可以耐受的单个脉冲电流(宽度为标示时间)的能力。单次脉冲是指单个非重复(单个周期)脉冲,单脉冲测试的是管子瞬间耐受耗散功率(雪崩能量)的能力,从这部分曲线来看,时间越短,能承受的瞬间耗散功率就越大。

  红色:MOS管所能承受的最大脉冲漏极电流,也是对最大耗散功率进行了限制。

  绿色:MOS管所能承受的VDS最大电压,如果VDS电压过高,PN结会发生反偏雪崩击穿,造成MOS管损坏。


Copyright © 贝博体育艾弗森代言-贝博体育地址-贝博体育官网 All rights reserved 备案号:沪ICP备17010193号-3 网站地图 技术支持: 上海汇班网络