一文解读MOS管的主要参数介绍及参数含义

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在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，一般都要考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等因素。MOSFET管是FET的一种，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，一般主要应用的为增强型的NMOS管和增强型的PMOS管，所以通常提到的就是这两种。这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。在MOS管内部，漏极和源极之间会寄生一个二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载(如马达)，这个二极管很重要，并且只在单个的MOS管中存在此二极管，在集成电路芯片内部通常是没有的。MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免。一文解读：MOS管的主要参数介绍及参数1.开启电压VT开启电压（又称阈值电压）：使得源极S和漏极D之间开始形成导电沟道所需的栅极电压；·标准的N沟道MOS管，VT约为3～6V；·通过工艺上的改进，可以使MOS管的VT值降到2～3V。2.直流输入电阻RGS即在栅源极之间加的电压与栅极电流之比·这一特性有时以流过栅极的栅流表示·MOS管的RGS可以很容易地超过Ω。3.漏源击穿电压BVDS在VGS=0（增强型）的条件下，在增加漏源电压过程中使ID开始剧增时的VDS称为漏源击穿电压BVDS·ID剧增的原因有下列两个方面：（1）漏极附近耗尽层的雪崩击穿（2）漏源极间的穿通击穿·有些MOS管中，其沟道长度较短，不断增加VDS会使漏区的耗尽层一直扩展到源区，使沟道长度为零，即产生漏源间的穿通，穿通后，源区中的多数载流子，将直接受耗尽层电场的吸引，到达漏区，产生大的ID4.栅源击穿电压BVGS在增加栅源电压过程中，使栅极电流IG由零开始剧增时的VGS，称为栅源击穿电压BVGS。5.低频跨导gm在VDS为某一固定数值的条件下，漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压微变量之比称为跨导·gm反映了栅源电压对漏极电流的控制能力·是表征MOS管放大能力的一个重要参数·一般在十分之几至几mA/V的范围内。6.导通电阻RON·导通电阻RON说明了VDS对ID的影响，是漏极特性某一点切线的斜率的倒数·在饱和区，ID几乎不随VDS改变，RON的数值很大，一般在几十千欧到几百千欧之间·由于在数字电路中，MOS管导通时经常工作在VDS=0的状态下，所以这时的导通电阻RON可用原点的RON来近似·对一般的MOS管而言，RON的数值在几百欧以内7.极间电容三个电极之间都存在着极间电容：栅源电容CGS、栅漏电容CGD和漏源电容CDS·CGS和CGD约为1～3pF·CDS约在0.1～1pF之间8.低频噪声系数NF噪声是由管子内部载流子运动的不规则性所引起的·由于它的存在，就使一个放大器即便在没有信号输人时，在输出端也出现不规则的电压或电流变化·噪声性能的大小通常用噪声系数NF来表示，它的单位为分贝（dB）·这个数值越小，代表管子所产生的噪声越小·低频噪声系数是在低频范围内测出的噪声系数·场效应管的噪声系数约为几个分贝，它比双极性三极管的要小。导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到一定电压（如4V或10V,其他电压，看手册）就可以了。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，因而在DS间流过电流的同时，两端还会有电压，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几毫欧，几十毫欧左右MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。降低开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。MOS管导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。但是，我们还需要速度。在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，(因为电容器上的电压不能突变，当用指针万用表给电容充电瞬间，电容器相当于短路，这时电流达到最大，随着电容器上的电荷逐渐的增加，充点电流就逐渐的减少。所以万用表的指针会摆动。)所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。Features:Vds：DS击穿电压.当Vgs=0V时，MOS的DS所能承受的最大电压Rds(on)：DS的导通电阻.当Vgs=10V时，MOS的DS之间的电阻Id：最大DS电流.会随温度的升高而降低Vgs:最大GS电压.一般为：-20V~+20VIdm:最大脉冲DS电流.会随温度的升高而降低，体现一个抗冲击能力，跟脉冲时间也有关系Pd:最大耗散功率Tj:最大工作结温，通常为度和度Tstg:最大存储温度Iar:雪崩电流Ear:重复雪崩击穿能量Eas:单次脉冲雪崩击穿能量BVdss：DS击穿电压Idss:饱和DS电流，uA级的电流Igss:GS驱动电流，nA级的电流.gfs:跨导Qg:G总充电电量Qgs:GS充电电量Qgd:GD充电电量Td(on):导通延迟时间，从有输入电压上升到10%开始到Vds下降到其幅值90%的时间Tr:上升时间，输出电压VDS从90%下降到其幅值10%的时间Td(off):关断延迟时间，输入电压下降到90%开始到VDS上升到其关断电压时10%的时间Tf:下降时间，输出电压VDS从10%上升到其幅值90%的时间(参考图4)。Ciss:输入电容，Ciss=Cgd+Cgs.Coss:输出电容，Coss=Cds+Cgd.Crss:反向传输电容，Crss=Cgc.Trr:反向恢复时间普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同，所以这时栅极电压要比VCC大(4V或10V其他电压，看手册)。如果在同一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。特别要说明的是，源极在MOSFET里的意思是“提供多数载流子的来源”。对NMOS而言，多数载流子是电子；对PMOS而言，多数载流子是空穴。相对的，漏极就是接受多数载流子的端点。功率MOS管有寄生的二极管，称为体二极管，其恢复时间trr与存储在体二极管内的多余电荷成正比。一般功率MOS管的体恢复时间trr约为ns。

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