MOS管详解-1
张飞电子-MOS管
- 00 MOS管选型关键参数
- 01 MOSFET的认识及三极管对比功耗
- 02 MOSFET损耗问题及GS电容问题
- 03 MOSFET的GS下拉电阻及等效模型
- 04 MOSFET导通阈值及Cgs和下拉电阻分流
- 05 米勒效应及MOS管放大区讨论
00 MOS管选型关键参数
-
开启阈值电压（Vgsth）:有些MOS管阈值电压不到1V，MOS管就能开始导通，有的MOS管开启电压至少2V。
-
持续工作电流（Ihold）： MOS管工作时，能持续通过D极和S极间的电流。
-
栅极和源极之间的最大值（Vgs）：当MOS管开始导通时，这个电压值较小，当栅极和源极间的电压值达到一个值时，MOS管才能完全导通。加载这两端的电压值也有个极限，不能超过给出的最大值。
-
最大耐压值（Vdss）：加载到D极和S极间的最大电压值。通过MOS管加载到负载上的电压值，一定要小于最大耐压值，而且留有足够的余量。
-
Vbr击穿电压：在G极和S极间的电压值为0时，在D极和S极间加载电压，当电压值达到多少V时，MOS管被击穿。
-
导通电阻：我们希望它的电阻越小好，电阻越小，功耗就越小，发热量就越小。一般为几十毫欧，小的能达到几毫欧。
-
**RGS：**栅源电阻，栅源之间电压与栅极电流之比
-
IDSS：零栅压漏极电流，正温度系数
-
IGSS：栅源漏电流，特定的栅源电压下流过栅极的电流
-
冲击电流（Idm）：负载启动的瞬间，可以有很高的冲击电流，包括浪涌等。这个冲击电流一般为保持工作电流的4倍。
-
漏电流：开启电压为0时，MOS管没导通时，在D极和S极加载电压时，D极和S极之间会有很小的电流。
-
开启时间、上升时间、关断时间、下降时间：这4个参数说明MOS管的开速度，MOS管用在高频信号电路中，这个参数很重要。比如一个频率为50Khz的PWM波，有高电平和低电平，MOS管需要不停的关闭和打开，如果MOS管导通和关闭速度不够，这个PWM波不能完整传输。
01 MOSFET的认识及三极管对比功耗
学习MOS管，对标三极管，
三极管有N管和P管，MOS管也有N管和P管，MOS管的G（栅极）D（漏极）S（源极）,对标三极管的b（基极）c（集电极）e（发射极）。
三极管具有功率方法的作用，功率放大是一个总称，实际上放大的是电流，等效内阻变小。
同样，MOS管也有功率放大的作用，无论是G/b（控制极），还是D/c（输出级），控制极的电流很小，控制信号的内阻大；输出级的电流很大，输出信号的内阻大。
三极管放大的前提条件是ib,ic 需要有电流，各自要有完整的回路，有回路，有电流，则必然产生功耗，P=UI，W=Pt。在电路设计中，三极管用的越多，功耗越大，这也是早期芯片设计中功耗大的原因，三极管是一个流控流型的器件。
那能不能不用电流控制，场效应管MOSFET应运而生，器件的发展是因为另一个器件受制了，所以才会有新的发展。MOS管的出现，需要去解决三极管的问题。假设现在需要一个大功率的应用场合，需要ic流过100A的电流，放大倍数100倍，那ib至少要1A，如果三极管比较多，对电源的要求太高了。另外一个问题，ib是1A，be的压降Vbe=0.7V, 那功耗Pb=0.7W, Vce=0.3V, 功耗Pc=30W, 这样一个三极管就会大于30W的功耗，十个呢，二十个呢，这样的电路功耗是相当大的。结论：三极管的功率和电流不能太大。一般都是在mA级别。
MOS管需要去解决功耗的问题，也就是解决功率的问题，那一定不能是流控流型器件，不能有电流，除了电流还有电压，MOS是一个压控压型器件，管子的单通只看电压的阈值。
- GS之间必然存在一个电容，因为只有电容才能存电，只有电容才能用电压充电，才能产生一个阈值。谈到电压就想到电容，谈到电流就想到电感。
- 先对电容进行充电，在充电过程中，电容上是消耗电流和功耗的，充电完成后，电容充满，电容上是没有电流和功耗的。
- DS之间等效成一个可变电阻，这个可变电阻在关断期间阻值无穷大，在开通期间阻值无穷小。由于阻值无穷小，即便是电流很大，功耗也很小。MOS管既可以放大，功耗又小，就很好的解决了三极管的不足。
模电的本质：电压，电流，斜率
电压：电容，MOS管
电流：电感，三极管
电压斜率（可以用电容），电流斜率（可以用电感）
02 MOSFET损耗问题及GS电容问题
只要这个C3有一个能让MOS管导通的阈值电压，那这个MOS管就能导通。
假设，GS间的电容有一个阈值电压，使得DS导通。在这里，电容没有放电回路，电容不消耗电流，GS无电流，没有消耗。DS导通等效为电阻无穷小，这个电阻称为Rds(on)，在当前MOS管下最小，不同的MOS管，这个Rdson值也不一样。
在选型时，如果选择通过电流大的MOS管，Rdson就会小，那价格也会更高。MOS管导通了，但没有回路，而三极管必要要有回路，这也是二者的区别。在测量MOG管时，需要将GS短路，给电容放电。
MOS管的损耗问题
- 当DS导通，虽然Rdson很小，但当流过电流很大时，也会有损耗，这个损耗称为MOSFET导通损耗，这是由MOSFET的Rdson决定的。Rdson越大， 则管子的导通损耗越大，为了进一步降低管子的导通损耗，则可以增大Vgs，但管子Vgs不要超过±20V，不然会坏。
- 流过DS的id电流，是由负载决定的。关断之后等效电阻无无穷大，理论上就不存在损耗。
体二极管
MOSFET中有一个二极管，叫体二极管。定义由D到S方向为正，这个二极管的方向是和DS的导通方向相反。当MOSFET是正向导通时，这个体二极管时反向截止的，当电流是反向流动时，这个体二极管就会导通。二极管钳位电压0.7V，实际上是和流过二极管上的电流是有关系的，电流越大，钳位电压越高，因为二极管有内阻。
二极管的功耗：0.7V×流过的电流。二极管流过的电流也是由负载决定的。体二极管的功耗还是挺大的，称之为续流损耗。续流是续的电流，这个源就不是电压源了，而是负载上的电流源。体二极管的电流一般是和id接近或相等，体二极管不是刻意做的，而是客观存在的。
MOSFET中gs电容问题
我们使用的MOSFET实际上是由若干个小的MOSFET合成的 ，既然是合成的，会有低压MOS和高压MOS的差异。
对于低压来讲，既然是多个管子并联，对于GS电容来讲则会更大，因为电容并联增大，高压GS电容相对就小，也就是
MOSFET的GS电容对管子开通特性的影响：
03 MOSFET的GS下拉电阻及等效模型
下图是断路的，但是一旦GS电容上有电，DS实际上是导通的，与有没有回路无关，正是因为这样一个特性，当我们拿到一个MOS管时，不知道这个管子GS上有没有电，万一DS这个时候时导通的，直接焊接到电路板上，可能会出现问题。为了考虑到安全性，必须在电路设计的时候，在MOSFETGS之间加一个电阻，让GS电容放电。
因为有GS电容的存在，MOSFET开通会有一个延时
MOSFET等效模型
这几个电容是客观存在的，不是刻意增加的。米勒电容是随着漏极电压的升高而降低的。
04 MOSFET导通阈值及Cgs和下拉电阻分流
米勒电容在MOS管的开通和关断过程中，扮演着十分重要的作用。
MOS管时如何进行导通的，MOS管有阈值导通电压：4.5V，2V、1V等，栅源之间的电压差。
由于GND是存在干扰的，地上有毛刺，控制信号线上也有毛刺，从抗干扰的角度，阈值电压越高越好。
假设导通阈值电压4.5V，分析Cgs和下拉电阻之间的回路分流问题
05 米勒效应及MOS管放大区讨论
Crss（Cgd）米勒电容，它是具有米勒效应的，MOS管有一个转移特性，栅极的电压和漏极的电流保持着一个比例关系。
米勒效应问题参考另一篇笔记：米勒电容和米勒效应