分析MOS管導(dǎo)通條件：過程、壓降、提高效率-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-09-23
導(dǎo)通時序可分為tot1、t1t2、 t2~t3 、t3~t4四個時間段，這四個時間段有不同的等效電路。
1）[t0-t1]：C GS1 開始充電，柵極電壓還沒有到達(dá)V GS（th），導(dǎo)電溝道沒有形成，MOSFET仍處于關(guān)閉狀態(tài)。
2）[t1-t2]區(qū)間, GS間電壓到達(dá)Vgs（th），DS間導(dǎo)電溝道開始形成，MOSFET開啟，DS電流增加到ID, Cgs2 迅速充電，Vgs由Vgs（th）指數(shù)增長到Va。
3）[t2-t3]區(qū)間,MOSFET的DS電壓降至與Vgs相同,產(chǎn)生Millier效應(yīng)，Cgd電容大大增加,柵極電流持續(xù)流過，由于C gd 電容急劇增大，抑制了柵極電壓對Cgs 的充電,從而使得Vgs 近乎水平狀態(tài)，Cgd 電容上電壓增加,而DS電容上的電壓繼續(xù)減小。
4）[t3-t4]區(qū)間,至t3時刻,MOSFET的DS電壓降至飽和導(dǎo)通時的電壓,Millier效應(yīng)影響變小，Cgd 電容變小并和Cgs 電容一起由外部驅(qū)動電壓充電, Cgs 電容的電壓上升,至t4時刻為止.此時C gs 電容電壓已達(dá)穩(wěn)態(tài),DS間電壓也達(dá)最小，MOSFET完全開啟。
MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，它們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對稱的。
和晶體管不一樣，MOS管的參數(shù)中沒有直接給出管壓降，而是給出導(dǎo)通電阻Rds（on），SI2301的導(dǎo)通電阻在Dd=3.6A時是85mΩ，在Id=2A時是115mΩ，這樣可算出它的管壓降在3.6A和2A時分別為0.306V和0.23V。
導(dǎo)通的意思是作為開關(guān)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接地時的情況(低端驅(qū)動)，只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導(dǎo)通，使用與源極接VCC時的情況(高端驅(qū)動)。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動中，通常還是使用NMOS。
如圖一個用于信號控制的小功率N溝道MOS管，當(dāng)Rds（on）是MOS管導(dǎo)通時，D極和S極之間的內(nèi)生電阻，它的存在會產(chǎn)生壓降，所以越小越好。D極與S極間電流Id最大時完全導(dǎo)通。
在圖中可以看到Vgs=10v完全導(dǎo)通，電阻Rds=5歐左右，電流Id=500mA（最大，完全導(dǎo)通），產(chǎn)生壓降Vds=2.5v。而Vgs=4.5v時，Id=75mA（不是最大，沒完全導(dǎo)通），Rds=5.3歐左右，雖然沒完全導(dǎo)通，但產(chǎn)生的壓降Vds=0.4v最小，比Vgs=10v產(chǎn)生的壓降小得多。
對于信號控制（控制DS極導(dǎo)通接地實(shí)現(xiàn)高低平）來說只要電壓，不需要電流，所以只要求MOS管導(dǎo)通時產(chǎn)生的壓降越小越好，可以使D極的電壓直接被拉為接近0v，因此首選Vgs=4.5v左右，而不選10v。
有些用于信號控制的MOS管，Vgs為10V和4.5V時產(chǎn)生的壓降差不多，MOS管驅(qū)動電路，可以根據(jù)情況選擇10v或者4.5v左右的導(dǎo)通電壓。因此對信號控制來說，原則上是選擇導(dǎo)通時產(chǎn)生的壓降越小越好。
那么對于使用在電源控制方面，既需要電壓也需要電流的大功率MOS管來說，就需要完全導(dǎo)通，那么導(dǎo)通電壓是多少呢？我們再來看一個大功率N溝道MOS管，如下圖：
從圖中可以看出Vgs為10v和4.5v時，Id為12.4A，都達(dá)到最大，都可完全導(dǎo)通。但10v比4.5v的導(dǎo)通電阻小，產(chǎn)生壓降小（大約差0.7v），并且10v的開關(guān)速度快，損失的能量少，開關(guān)效率高，所以首選10v。
至于P溝道MOS管，跟N溝道的差不多，這時不做解析了，它用在信號控制方面的很少，主要是用在電源控制如AO4425，G極電壓必須低于S極10V以上，也就是Vgs《-10v，才能完全導(dǎo)通（Rds= 9 mΩ左右）。如下圖：
總結(jié)：信號控制使用的MOS管，只要電壓，不需要電流，要求導(dǎo)通時產(chǎn)生的壓降Vds最小，首選Vgs=4.5v左右，對信號控制來說，原則上是選擇導(dǎo)通時產(chǎn)生的壓降越小越好。電源控制使用的MOS管，既要電壓也要電流，要求完全導(dǎo)通，要求Id最大，產(chǎn)生的壓降Vds最小，首選Vgs=10v左右。
在用FDS6890A型號N-mos，用作開關(guān)，漏極加10伏電壓，柵極加0到5伏方波控制導(dǎo)通閉合，但是測量源極電壓時候只有0到8伏的方波輸出。
怎么提高M(jìn)os管效率，或者是用一些高級點(diǎn)的電路？
首先要了解MOS管的工作原理。MOS管與一般晶體三極管是不同的。它是電壓控制元件，它是柵極電壓控制的是S-D極間的體電阻。在柵極施加不同的電壓，源-漏極之間就會有電阻的變化，這就是MOS管的工作原理。
柵極電壓對應(yīng)在器件S-D極的電阻變化曲線可以查器件手冊。根據(jù)MOS管的這個特性，既可以選擇將MOS管作放大器工作，也可以選擇作為開關(guān)工作。
根據(jù)以上原理分析，如果要使MOS管作在開關(guān)狀態(tài)，就要對柵極施加足夠的電壓，它才能充分起到開關(guān)作用。在柵極施加的電壓只有5V（對于單管而言柵極電壓低了，一般應(yīng)該在12V左右比較好），這個電壓下MOS管的夾斷電阻依然比較大，所以輸出只有8V。
導(dǎo)通與截止由柵源電壓來控制，對于增強(qiáng)型場效應(yīng)管來說，N溝道的管子加正向電壓即導(dǎo)通，P溝道的管子則加反向電壓。一般2V～4V就可以了。但是，場效應(yīng)管分為增強(qiáng)型（常開型）和耗盡型（常閉型），增強(qiáng)型的管子是需要加電壓才能導(dǎo)通的，而耗盡型管子本來就處于導(dǎo)通狀態(tài)，加?xùn)旁措妷菏菫榱耸蛊浣刂埂?/span>
開關(guān)只有兩種狀態(tài)通和斷，三極管和場效應(yīng)管工作有三種狀態(tài)：
1、截止；
2、線性放大；
3、飽和（基極電流繼續(xù)增加而集電極電流不再增加）；
使晶體管只工作在1和3狀態(tài)的電路稱之為開關(guān)電路，一般以晶體管截止，集電極不吸收電流表示關(guān)；以晶體管飽和，發(fā)射極和集電極之間的電壓差接近于0V時表示開。
開關(guān)電路用于數(shù)字電路時，輸出電位接近0V時表示0，輸出電位接近電源電壓時表示1。所以數(shù)字集成電路內(nèi)部的晶體管都工作在開關(guān)狀態(tài)。 場效應(yīng)管按溝道分可分為Ｎ溝道和Ｐ溝道管（在符號圖中可看到中間的箭頭方向不一樣）。
按材料分可分為結(jié)型管和絕緣柵型管，絕緣柵型又分為耗盡型和增強(qiáng)型，一般主板上大多是絕緣柵型管簡稱MOS管，并且大多采用增強(qiáng)型的Ｎ溝道，其次是增強(qiáng)型的Ｐ溝道，結(jié)型管和耗盡型管幾乎不用。
場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管.由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件.場效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電,被稱之為雙極型器件.有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負(fù),靈活性比晶體管好。
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