MOSFET开关特性解析

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现在常用的MOS管大多是N沟道增强型的了，一般一块钱左右的管子，源极电流可以达到近十安培而导通电阻仅在几毫欧。另外现在的MOS管已经不像早期那样脆弱，因为SD上并联有可以承受几安培电流的反向保护二极管。MOS管有几个重要的参数，Vgs，Vds,Id/Is以及Ron，其中对于Vgs也就是栅极控制电压有一些特殊的要求与用法，它就像三极管的Ibe，之所以称为Vgs就是因为这个电压必须相对于S级而言，也就是G极必须比S极高出一定的电压才能驱动MOS管，否则管子的导通电阻会很大，也就是管子不能导通。比如Vgs耐压在12V左右的管子，当Vgs高于1.5V以上时就基本可以认为导通，一般4-5V就可以达到其最小Ron了。但是，由于这个电压是基于S极的，所以对于电源一类的开关管应用场合（靠低压控制高压输入），必须想办法让Vgs高于Vs足够高（或者也可以让管子并联于电源，靠储能器件工作于高速开关状态），而为了简化电路一般都是在栅极上添加自举电路。自举电路一般由一个电容和反向二极管组成，相当于给栅极增加了一个串联的电池。自举电容根据使用情况的不同，可以选用极性电容，也可以选择非极性电容。在选择这个电容时，如果电容很小，则电容储能不够，放电很快，开关管很难被有效打开或关闭；如果电容过大，也会导致开关速度受限，电路板面积也会增加。所以，电容要根据开关管工作速度适当选取，一般将电容值选择在放电时间稍长与开关周期即可，具体的参数可以根据实验来确定。

相对与N沟道的MOS管，P沟道的管子在驱动起来就稍微容易一些，因为不必再去创造高于电源电压的驱动环境，使用一个简单的三极管调压电路就可以实现了

使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。

试分析IGBT和电力MOSFET 在内部结构和开关特性上的相似与不同之处。

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）和电力MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是常用于高功率应用的开关器件，它们在内部结构和开关特性上有一些相似性和区别。

相似之处：

1. 使用场景：IGBT和电力MOSFET被广泛用于高功率和高电压应用，如电力电子、电能转换、工业驱动器等领域。

2. 构成元素：IGBT和电力MOSFET都是PNPN结构，由P型区域、N型区域和由氧化层隔离的栅极组成。

3. 控制结构：它们均是受控器件，通过控制栅极电压来控制导通和关断。栅极电压的变化可以改变通道电阻，从而调节电流流过设备。

不同之处：

1. 开关特性：IGBT在导通时具有较低的导通压降和较高的导通电流能力，但关断速度较慢。而电力MOSFET在导通时具有更低的导通电阻，关断速度较快，但导通能力较低。

2. 增强型/耗尽型：电力MOSFET通常是增强型MOSFET（enhancement-mode），需要施加一个正向电压来开启通道。而IGBT则是一个耗尽型器件（depletion-mode），在导通时需要施加一个负向电压。 3. 控制电路：IGBT需要连续的栅极电流来维持导通状态，而电力MOSFET则是一种非维持型设备，只需要短脉冲的栅极电流来开启或关闭。

4. 功耗和效率：IGBT的开关损耗相对较低，但在导通状态下会有一定的电压降；电力MOSFET在开关过程中功耗较高，但导通时的电压降相对较小。

总之，尽管IGBT和电力MOSFET在内部结构上有一些相似之处，但它们在开关特性、工作方式和控制电路等方面仍存在显著的差异。选择适合特定应用的器件取决于具体需求，如功率要求、开关速度、损耗和效率等。

MOSFET特性参数EAS的解析

一、 EAS与EAR的定义

EAS单脉冲雪崩击穿能量, EAS标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。

如果电压过冲值(通常由于漏电流和杂散电感造成)未超过击穿电压，则器件不会发生雪崩击穿，因此也就不需要消散雪崩击穿的能力。雪崩击穿能量标定了器件可以容忍的瞬时过冲电压的安全值，其依赖于雪崩击穿需要消散的能量。

EAR重复雪崩能量, 标定了器件所能承受的反复雪崩击穿能量。

二、如何通过测试波形判断是否发生雪崩

上图（a）开关电源中的雪崩工作波形。在MOSFET截止时约有300V的冲击电压加在漏极和源极之间，并出现振铃。

上图（b）对时间轴进行了放大，由图可以清楚的看出由于栅极电压下降，管子截止，ID减小的同时VDS升高并在295V处VDS电压波形出现平顶（钳位）。这种电压被钳位的现象即是雪崩状态， 所以当功率MOSFET发生雪崩时，漏源极电压幅值会被钳位至有效击穿电压的水平。图1所示为开关电源中典型的雪崩波形。源漏电压（CH3）被钳制在1kV，并能看到经整流的电流（CH4）。

图2 反激变换器中典型的雪崩情况 图1 器件击穿，800V额定值MOSFET 三、 如何计算雪崩能量

四、 在什么的应用条件下要考虑雪崩能量

对于那些在MOSFET的D和S极产生较大电压的尖峰应用，就要考虑器件的雪崩能量，电压的尖峰所集中的能量主要由电感和电流所决定，因此对于反激的应用，MOSFET关断时会产生较大的电压尖峰。通常的情况下，功率器件都会降额，从而留有足够的电压余量。但是，一些电源在输出短路时，初级中会产生较大的电流，加上初级电感，器件就会有雪崩损坏的可能，因此在这样的应用条件下，就要考虑器件的雪崩能量。另外，由于一些电机的负载是感性负载，而启动和堵转过程中会产生极大的冲击电流，因此也要考虑器件的雪崩能量。

五、 雪崩击穿（EAS/EAR）的保护

如上图所示，可在变压器（感性负载）两端并接RCD吸收回路，以降低反向尖峰电压，避免出现雪崩击穿现象；串联栅极电阻，并设置为合适值，以抑制dv/dt，增加关断时间，从而抑制反向尖峰电压，但是这又会增加关断损耗，所以栅极电阻要设置在一个合适值；也可在MOSFET的DS间并接RC吸收回路以吸收反向尖峰电压；大电流电路布线加粗、缩短距离，降低寄生电感。

MOS管开关之杨若古兰创作

此刻经常使用的MOS管大多是N沟道加强型的了，普通一块钱摆布的管子，源极电流可以达到近十安培而导通电阻仅在几毫欧.另外此刻的MOS管曾经不像初期那样脆弱，因为SD上并联有可以承受几安培电流的反向呵护二极管.MOS管有几个次要的参数，Vgs，Vds,Id/Is和Ron，其中对于Vgs也就是栅极控制电压有一些特殊的请求与用法，它就像三极管的Ibe，之所以称为Vgs就是因为这个电压必须绝对于S级而言，也就是G极必须比S极高出必定的电压才干驱动MOS管，否则管子的导通电阻会很大，也就是管子不克不及导通.比方Vgs耐压在12V摆布的管子，当Vgs高于1.5V以上时就基本可以认为导通，普通45V就可以达到其最小Ron了.但是，因为这个电压是基于S极的，所以对于电源一类的开关管利用处合（靠低压控制高压输入），必须设法子让Vgs高于Vs足够高（或者也能够让管子并联于电源，靠储能器件工作于高速开关形态），而为了简化电路普通都是在栅极上添加自举电路.自举电路普通由一个电容和反向二极管构成，相当于给栅极添加了一个串联的电池.自举电容根据使用情况的分歧，可以选用极性电容，也能够选择非极性电容.在选择这个电容时，如果电容很小，则电容储能不敷，放电很快，开关管很难被无效打开或关闭；如果电容过大，也会导致开关速度受限，电路板面积也会添加.所以，电容要根据开关管工作速度适当拔取，普通将电容值选择在放电时间稍长与开关周期即可，具体的参数可以根据实验来确定.

绝对与N沟道的MOS管，P沟道的管子在驱动起来就稍微容易一些，因为不必再去创造高于电源电压的驱动环境，使用一个简单的三极管调压电路就可以实现了

使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些身分.如许的电路或许是可以工作的，但其实不是优良的，作为正式的产品设计也是不答应的.