MOS管作为功率器件,在选型时需要考虑:耐压、驱动电压、导通损耗、开关损耗、温升等。
1、漏源电压Vds:需要考虑漏极和源极之间能够承受的最大电压,过大会导致MOS管击穿,损坏器件;
2、栅源电压Vgs:栅源之间作为驱动MOS管的驱动电压,一般在正负20V范围内,需要考虑能否提供此电压用于驱动MOS管;
3、阈值电压Vgs(th):驱动NMOS管时,需要设计栅源两级之间的电压超过Vgs(th);驱动PMOS管时,需要设计栅源两级之间的电压反偏,并超过Vgs(th);
4、漏源电流Id:MOS管导通时,与导通电阻会造成损耗;
5、导通电阻Rds(on):MOS管导通时,漏源极之间存在导电沟道,完全导通时存在的电阻即为Rds(on),并且不同的Vgs会影响其大小,进而影响漏源电流Id,综合下来会影响MOS管的导通损耗;
6、极间电容 ↓
MOS管存在三个主要的极间电容(顾名思义就是栅漏源各极之间存在的电容),分别是Ciss(输入电容)、Coss(输出电容)、Crss(反向传输电容)。这些极间电容的存在是由MOS管器件的制造工艺、物理结构决定的,存在于各氧化层、金属层、PN结耗尽层之间。
Ciss(输入电容):Ciss由栅源电容和栅漏电容并联而成(测量时将漏源两极短接),即Ciss=Cgs+Cgd;
Coss(输出电容):Coss由漏源电容和栅漏电容并联而成,即Coss=Cds+Cgd;
Crss(反向传输电容):Crss主要是由栅漏电容组成,即Crss=Cgd;
Ciss:影响驱动MOS管,其中的Cgs分量主要影响MOS导通和关断的时间,驱动MOS管导通时,栅源之间的电压为Cgs充电,当Cgs充满后(即达到阈值电压),MOS导通;驱动MOS管关断时,栅源之间的电压不足以为Cgs充满到阈值电压,同时,Cgs将会放电至0,MOS管关断;
名为输入电容,故主要是影响输入环节(驱动环节),Ciss越大,栅源之间的充放电所需时间就越长,导致开关损耗增加。
开关损耗理解:当MOS管刚开始导通时,导通沟道刚开始形成,此时Rds还比较大,若Cgs越大,充放电时间越长,则达到完全导通的时间越长,那么Rds将长时间处于较大电阻,那么在导通和关断过程中,都会引起较大的损耗。
Coss:名为输出电容,故主要是影响输出环节,在MOS管开通和关断过程中,位于输出环路中的Cds会与电路中的寄生电感(如PCB走线电感等)形成LC谐振,具体的振荡频率取决于Cds和寄生电感的值。Cds引起电路谐振,漏极输出电压波形可能会产生振荡,影响某些软开关应用电路。
在MOS管开通时,位于漏源之间的Cds会被漏源极之间的电压充电,在MOS管关断时,Cds会通过Rds电阻回路进行放电;在MOS管开关过程中可能在输出端引起RC振荡,导致输出电压初期不稳定,振荡峰值也可能超过漏源电压最大值,从而损坏器件;同样,由于影响导通沟道的形成,也会产生开关损耗;高频振荡也会产生电磁干扰问题。
Crss:反向传输电容,也称米勒电容,在MOS管开通过程中,当Cgs充满到Vgs(th)后,剩余的Vgs会通过Crss与漏源回路中的Rds传输到源极,当MOS管完全导通后,此传输回路才消失,Vgs继续为Cgs充电至Vgs电压大小。
MOS管转移特性:Id与Vgs会在MOS管提供最大Id之前,成比例增大。
当Id达到最大,并且Vgs为Cgs充电、Vgs通过Crss传输至源极均完成之前,会有一段MOS平台电压,MOS管在此时没有完全导通(注意,MOS没有完全导通,也可以提供工作最大电流),所以此时会存在较大的Rds,造成MOS管开关损耗,导致MOS管发热严重。等到MOS管完成导通时,Vds=0,转移特效才会消失,米勒通路也没了。
控制MOS管平台电压时间变短,以减少开关损耗:
1、使Vgs驱动电压足够高,远大于Vgs(th)
2、增加驱动电流:通过降低驱动电阻或使用更强驱动能力的栅极驱动器,能够使Vds达到0的时间越短











