MOSFET从原理到使用

0 引子

最近打算把项目中的继电器开关控制换成MOSFET开关控制，继电器虽然控制简单但是关断次数有限，不适合高频率的关断闭合，而MOSFET属于压控组件，只要通过改变栅源电压就可以实现快速开关动作，且MOS管阻抗极大相较于继电器损耗功率更低。

1 MOS管基础

FET（Field Effect Transistor 场效应晶体管）主要分为两种：JFET和MOS（Metal Oxide Semiconductor 金属氧化物半导体）场效应管，和BJT为电流控制原件不同，场效应管是一种电压控制器件，结型场效应管(JFET)这里暂时不表，绝缘栅场效应管(MOSFET)是以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。

在实际应中，应用最为广泛的是增强型NMOS，P沟道和N沟道的MOSFET工作原理完全相同，只不过导电的电流和载流子不同，供电的极性不同而已。如同BJT有NPN和PNP两种型号一样。

注意到NMOS和PMOS的电气符号，NMOS箭头向里，PMOS箭头向外。与衬底连在一起的是S极(源极)，D极(漏极)和S极在一边，G极(栅极)在另外一边。

以N沟道的增强型MOSFET为例：通过控制栅源电压Ugs来控制DS的通断。假设MOS管的开启电压为Ut，则当UgsUt时，管子导通，且Ugs越大，沟道越宽，在相同的漏源电压Uds作用下，漏极电流Id越大。

再来看看MOS管的输出特性曲线和转移特性曲线：

当MOSFET用作开关用途时，实际上就是在截止区和饱和区来回切换。

2 MOS管的使用

如果我想将MOSFET用作开关，要求通过的电流最大为50A，最大电压为70V，在某宝上搜索MOSFET，查找某NMOS相关的数据手册，截取部分说明如下：

选择功率MOS管时需要注意以下几个参数：

Vdss:此为漏源极承受的最大电压，为75V；

Vgss:此为栅源极承受的电压范围，在-25V~+25V之间；

Is:漏源极承受的最大电流，为80A；

Vgs(t):即开关电压Vt；

Rds(on):通态电阻，这个和该MOS管的耗散功率相关，该值越大耗散功率越大，实际使用中当然是越小越好；

Pd:最大耗散功率。

以上除了Vgss之外，其他各项参数均与温度相关，所以在选择元器件时要考虑温度的影响。

有关MOSFET的电路设计，敬请期待。