MOS管的导通条件和MOS驱动电流计算

发布时间:2023-12-20  

**1. 关于的极限参数说明:**

本文引用地址:



在以上图中,我们需要持续关注的参数主要有:

a. **ID(持续漏极电流)**:该参数含义是mos可以持续承受的电流值,在设计中,产品的实际通过电流值应远小于该值,至少应小于1/3以下,例:该mos管的使用持续电流应小于50A。

b. **PD(mos管的最大耗散功率)**:该参数是指设计中,实际通过mos管的电流与漏源两端的电压差值乘积,不应大于该值。 所以该值的很大程度取决于mos管中实际流过的电流值。

c. **Vgs(栅源电压范围)**:该值表示在mos管的实际开启关闭中,GS间所能承受的最大电压范围。

d. **VDSS(漏源间可承受的最大电压差值)**:该值一般我们看最小电压值,在实际设计中mos管DS端的电压差值也应远小于该值,并留有较大余量。(例如该mos管为75V,那么实际设计可承受的电压值应小于40V)。

**2. 关于mos管开启电压参数说明:**

一般在datasheet中,我们一般都只仅仅关注了两个参数值,如下图中参数:



我们许多初级的设计师,在使用mos管一般就会仅仅只关注这两个参数,即Vgs max与vgs th。

vgs max在上面参数中,我们已有说明。

这里我们重点说明下**vgs th**这个参数:

在该mos管中,该值的范围为2v~4v之间,mos工作在放大区域。 即mos管的导通沟道没有完全形成,这时的mos管是极其脆弱的。如果此时我们在mos管DS间设计大的电压,就可能会导致mos管的损坏,具体的原因是mos管没有完全导通,而此时DS压差又很大,又因为mos管自身有电阻的影响,所以导致此时通过mos管的电流也是比较大的。

这里就需要说明mos管的另外两个概念,即:**预夹断&夹断**。

mos管的预夹断:对于N沟道增强型MOS,只要VGS>VGSth,mos管DS之间就会出现反型层(即mos管已经导通,并在DS间形成了一条通道,该通道形成是因为栅极电压VGS的增大,将电子吸引至耗尽层形成),然后这时我们在mos管的DS间设置电压,D端连接电源正极,S端连接电源负极。那么问题就出现了,由于mos管的D端带有正电压,而形成的通道中带有负电,所以此时D端就会出现对通道中电子的吸引。导致耗尽通道中靠近D端的通道越来越窄,而在S端的通道越来越宽的情况(排斥)。如下图所示。




此时随着VDS的逐渐增大,当VDS=VGS-VGS th时,沟通在漏极一端恰好消失,此时就称为预夹断。

mos管的夹断:如果此时的D端电压持续升高,即当VDS>VGS- VGS th时,那么的D端反型层将彻底消失,出现了夹断区域。若此时VGS、VDS持续上升 ,那么S端的电子就会不受VGS控制,直接经过空间电荷区到达漏极,这就会导致DS间直接导通,此时mos管将损坏。


以上的预夹断和夹断将使我们引出MOS管的 I-V曲线概念:


看完以上参数延申出来的问题就是,VGS电压值我们到底应该怎么选呢?它写的2~4v,那么设计时VGS只要大于4V,比如5V就可以了呢?

相信如果你理解了以上参数后,基本就会明白。 在设计时,我们不能仅仅只看VGSth的限制电压,还需要结合VDS电压进行判断。


**3. 关于MOS管开启时,对于栅极的电流是否有要求呢?**

这个问题主要是很多时候的很多同学,都会提出反驳的意见。根据课本上学习的知识,MOS管是电压型控制器件,所以开关时对于栅极的电流没有任何要求。 其实这样的理解是不正确的。 这里就需要再重新理解下MOS管的开关过程。我们需要引入MOS管的寄生电容与米勒效应。


图中的CGD和CGS和CDS都是mos管的寄生电容,它是由于mos管的生产工艺决定的。

看到这里的电容相信很多同学就明白了,我们为什么说MOS管的开关也需要栅极电流的参与。我们可以这样理解,当我们栅极接通电压后,那么此时将先给CGS充电,当CGS充满电后,才会进一步打开mos管。同理我们都知道电容充电时的电流要求是比较大的,如果此时我们的栅极不能提供足够的电流能量,那么VGS处于米勒平台的时间将会特别长,显然这不是我们想要的结果。如下图


所以为了使mos管快速导通,我们就需要在栅极提供足够大的电流,来使mos管快速导通。那么导体需要多大的电流才合适呢?这个其实可以通过datasheet提供的参数Qgs Qgd Qg(此处的单位为电荷量的库仑)进行计算出来。


下面我们根据此MOS计算mos管栅极打开时,所需的电流值,公式如下:


**此处的FSW代表的为mos管开关频率,QG则代表的是mos管寄生电容值(一般我们取最大值)。

以该mos管的QG=170nc,FSW=500K为例计算:

IG=500*170=85000uA=85mA(所以从此处可以看出,当开关频率越高时,栅极所需要的驱动电流越大),显然这样的电流不是我们一般IO管脚可以提供的,所以我们一般采用到了推挽电路(推挽电路需考虑三极管器件的0.7V压降)或者专用的驱动芯片进行驱动**。

**4. MOS管的SOA参数说明:**

最后,我们还需要提一下mos管另一个重要曲线,即mos管的SOA曲线。如下图,在这张图中我们呢就可以根据我们实际的使用场景,来判断出MOS管的持续通电时间,即高电平占空比即周期。


蓝色:在VDS电压比较小时,ID通过的电流大小主要由MOS管的RSDS(on)来进行限制。在该区域内,当VGS电压与环境温度条件不变时时,我们近似把RDSON看似一个定值,由此得出VDS= ID · RDS(ON)。

黄色:在VDS升高到一定的值以后,MOS的安全区域主要由MOS的热阻相关也就是耗散功率来进行限制,而DC曲线则表示当流过电流为连续的直流电流时,MOSFET可以耐受的电流能力。其它标示着时间的曲线则表示MOSFET可以耐受的单个脉冲电流(宽度为标示时间)的能力。单次脉冲是指单个非重复(单个周期)脉冲,单脉冲测试的是管子瞬间耐受耗散功率(雪崩能量)的能力,从这部分曲线来看,时间越短,可以承受的瞬间耗散功率就越大。

红色:MOS管所能承受的最大脉冲漏极电流,也是对最大耗散功率进行了限制。

绿色:MOS管所能承受的VDS最大电压,如果VDS电压过高,PN结会发生反偏雪崩击穿,造成MOS管损坏。


文章来源于:电子产品世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

相关文章

    结构的双极型晶体管称为普通双极性晶体三极管简称普通双极管。 (2)场效应管 场效应管的内部含有许多由导电材料构成的栅源和漏源两个电极形成的空间电荷层而构成具有放大能力的器件叫场效应晶体管,也叫......
    的原理:电势能→电流→电场能,电场能→电流。 当电源电势加在电容的两个金属极板上,正负电荷在电势差作用下分别向电容两个极板聚集而形成......
    侧继电器被控制切换到另一个触点状态时,左侧保持初始状态,电流形成回路,电机反转。 ** 通过这三个状态的组合,就可以控制电机工作了。 ** 6.使用继电器控制电机的优点与不足: 优点: 形成的回路控制简单; 成本......
    传输线变压器可在相当大的频率范围内充当磁耦合变压器,所以只要满足上述两个条件,简化分析是有效的。然而,在高频下,我们应该使用传输线方程式来获得对电路行为的全面了解。传输线分析假设绕组充当分布式元件,导致进入绕组的电流与离开另一端的电流......
    添加一个外接电阻,形成一个虚拟的第二相,从而形成一个旋转磁场。该方式启动电流小,效果稳定,但也只适用于小功率电机。 自启动法:利用电机的旋转磁场感应自身的异步电流,通过自身异步电流形成的磁场来启动电机,无需......
    模式控制器稳定运行的主要公式为 电感电流一个开关周期内两个子区间中的两个斜率α和β必须满足这个条件,其中是 的斜率。当电感器是线性电感器时,可以应用上述公式。 当电感器是饱和或去饱和电感器时,如下图黑色曲线所示,电感电流......
    低阻抗通路,会导致大量电流涌入短路处,形成尖峰电流。 5. 变电所电容器开关操作:在电容器开关关闭时,电容器内部的电荷将转移到变压器的两个绕组之间,使得整个电路的阻抗瞬间降低,导致电路中产生瞬间的尖峰电流......
    这个问题在公众号中多次推文进行了分析,并给出了修改方案。 交流信号源输出级的电路示意图 二、电流信号测量 电流信号是基本的物理量,单位是安培(A),定义为真空中相距1米的两个无限长的平行导线在每米长度所产生的2......
    系统线性的两个条件;1. 背景介绍本文引用地址:在信号与课程中,讲解需要同时满足两个特性: 一是叠加性。 当两个输入信号x1、x2分别引起输出y1、y2。 那么x1+x2所引起的输出等于y1+y2......
    小型变压器原边电流;在一个半波整流电路中, 原边和副边的电流波形是什么呢? 理想情况下, 副边电流应该是这种直流脉冲电流形式。 那么原边的电流波形是否与其相似? 也是半波整流信号波形。或者......

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>