MOSFET結構與主要參數等詳解-全面的MOSFET驅動技術剖析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-12-19
MOSFET的全稱為：metal oxide semiconductor field-effect transistor，中文通常稱之為，金屬-氧化層-半導體-場效晶體管.MOSFET最早出現在大概上世紀60年代，首先出現在模擬電路的應用。功率MOSFET在上世紀80年代開始興起，在如今電力電子功率器件中，無疑成為了最重要的主角器件。
下圖是典型平面N溝道增強型NMOSFET的剖面圖。它用一塊P型硅半導體材料作襯底，在其面上擴散了兩個N型區，再在上面覆蓋一層二氧化硅(SiO2）絕緣層，最后在N區上方用腐蝕的方法做成兩個孔，用金屬化的方法分別在絕緣層上及兩個孔內做成三個電極：G(柵極）、S（源極）及D（漏極），如圖所示。
下圖中可以看出柵極G與漏極D及源極S是絕緣的，D與S之間有兩個PN結。一般情況下，襯底與源極在內部連接在一起，這樣，相當于D與S之間有一個PN結。
下圖是常見的N溝道增強型MOSFET的基本結構圖。為了改善某些參數的特性，如提高工作電流、提高工作電壓、降低導通電阻、提高開關特性等有不同的結構及工藝，構成所謂VMOS、DMOS、TMOS等結構。
耐壓：通常所說的VDS，或者說是擊穿電壓。那么一般MOS廠家是如何來定義這個參數的呢？
上面這個例子顯示，當驅動電壓為0，Vds達到200V的時候，Id這個電流達到了250uA，這個時候認為已經達到擊穿電壓。
不同的廠家對此定義略有不同，但是基本上來說，當電壓超過擊穿電壓，MOS的漏電流就會急劇上升。
導通電阻：MOSFET在導通之后，其特性可以近似認為是一個電阻
上面這個例子表示，在驅動電壓為10V的時候，導通電阻為0.18歐姆。
導通電阻的溫度關系：MOS的導通電阻隨溫度上升而上升，下圖顯示該MOS的導通電阻在結溫為140度的時候，為20度時候的2倍。
導通閥值電壓：就是當驅動電壓到達該值之后，可認為MOS已經開通。
上面這個例子，可以看到當Vgs達到2-4V的時候，MOS電流就上升到250uA。這時候可認為MOS已經開始開通。
驅動電壓和導通電阻，最大導通電流之間的關系
從下圖可以看到，驅動電壓越高，實際上導通電阻越小，而且最大導通電流也越大。
導通閥值電壓隨溫度上升而下降。
MOSFET的寄生二極管
寄生二極管比較重要的特性，就是反向恢復特性。這個在ZVS，同步整流等應用中顯得尤為重要。
MOSFET的寄生電容
這三個電容的定義如下：
MOS的寄生電容都是非線性電容，其容值和加在上面的電壓有關。所以一般的MOS廠家還會用另外一個參數來描述這個特性：
MOS的寄生電容都是非線性電容，其容值和加在上面的電壓有關。所以一般的MOS廠家還會用另外一個參數來描述這個特性：
MOSFET驅動技術,MOS雖然是電壓型驅動，但是由于寄生電容的存在，必須要求驅動電路提供一定的驅動電流。
較小的驅動電流，會導致MOS的GS電壓上升緩慢，降低了開關速度，提高了開關損耗。
米勒電容Cgd
米勒電容雖然看起來很小，但是對驅動的影響很大，特別在VDS比較高的場合。但是在ZVS和同步整流等應用中，由于VDS會在驅動上來之前，下降到零，就不存在這個問題。
當IC本身的驅動能力不足的時候，就需要外加驅動電路來增強驅動能力，以達到快速開關MOS的需求：
1.采用分立器件，比如圖騰柱。2.采用集成的驅動IC.
MOSFET的低端（low side）驅動：所謂低端驅動，就是驅動電路的參考地，就是MOS的S端。
低端驅動，電路往往比較簡單，除了驅動能力之外，還是需要注意一些細節。
MOSFET的高端（High Side)驅動：很多情況下，MOSFET的S極并不是IC的參考地，比如BUCK開關管，橋式電路的上管。
自舉驅動，利用自舉電路，自動抬升供電電壓。自舉的驅動芯片種類很多，但是需要注意其耐壓。
對于二極管整流的buck，自舉驅動需要注意的問題。
利用變壓器隔離驅動：對于浮地的MOS，或者和IC隔離的MOS，通常可以采用變壓器隔離驅動。
變壓器隔離驅動的關鍵：變壓器隔離驅動關鍵考慮的問題，就是變壓器的復位，比較常用是利用隔直電容來復位，但是需要注意的是，采用隔直電容之后，有可能變壓器傳遞的電壓幅度和占空比有關。需要考慮變壓器的變比。
對于跨初次級的驅動變壓器，還需要考慮其耐壓的問題。利用簡單倍壓電路來抬升驅動電壓。
下圖的驅動電路，可以傳遞大占空比的驅動信號，而且可以讓驅動電壓不下降。
隔直電容帶來的問題：由于隔直電容會儲存能量，所以在驅動消失之后，隔直電容會和變壓器產生諧振，導致驅動電路傳遞錯誤的驅動信號。
為了降低這個問題的影響。可以利用這些電阻來阻尼這個震蕩。
對具有隔直電容的驅動電路，有些IC會植入soft stop的功能：在關機時候，讓驅動的占空比逐漸降低到0.
為了避免這個隔直電容帶來的問題，可以采用無電容的變壓器驅動電路。
如果用IC直接驅動變壓器，那么需要注意：
同步整流驅動，需要注意邏輯的問題
同步整流2個管子的驅動關系為互補，但是當主管長時間關斷的時候，整流管就會出現長時間導通的情況。
所以在關機的時候，不能簡單的把主管驅動信號置低，而要同時把整流管的驅動信號也置低。
MOS的并聯驅動，并聯驅動要盡量保證每個管子的驅動線對稱。
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