MOS管最大持續(xù)電流如何確定與計(jì)算？詳解-KIA MOS管

MOS管最大持續(xù)電流如何確定？

MOS管最大持續(xù)電流=MOS耐電壓/MOS內(nèi)阻值。

該額定電流應(yīng)為負(fù)載在所有條件下可承受的最大電流。與電壓情況類似，即使系統(tǒng)產(chǎn)生尖峰電流，也要確保所選的MOS晶體管能夠承受此額定電流。

考慮的兩個(gè)當(dāng)前條件是連續(xù)模式和脈沖尖峰。在連續(xù)導(dǎo)通模式下，MOS晶體管處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)電流繼續(xù)流經(jīng)器件。

脈沖尖峰是其中大量浪涌（或尖峰電流）流過設(shè)備的脈沖尖峰。確定了這些條件下的最大電流后，只需選擇可承受該最大電流的設(shè)備即可。

選擇額定電流后，還必須計(jì)算傳導(dǎo)損耗。在實(shí)際情況下，MOS晶體管不是理想的器件，因?yàn)樵趥鲗?dǎo)過程中會(huì)損失電能，這稱為傳導(dǎo)損耗。  

MOS管最大持續(xù)電流如何計(jì)算？

1. 是用N溝道還是P溝道 。選擇好MOS管器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道MOS管。

在典型的功率應(yīng)用中，當(dāng)一個(gè)MOS管接地，而負(fù)載連接到干線電壓上時(shí)，該MOS管就構(gòu)成了低壓側(cè)開關(guān)。在低壓側(cè)開關(guān)中，應(yīng)采用N溝道MOS管，這是出于對(duì)關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。

當(dāng)MOS管連接到總線及負(fù)載接地時(shí)，就要用高壓側(cè)開關(guān)。通常會(huì)在這個(gè)拓?fù)渲胁捎肞溝道MOS管，這也是出于對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)的考慮。確定所需的額定電壓，或者器件所能承受的最大電壓。額定電壓越大，器件的成本就越高。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，額定電壓應(yīng)當(dāng)大于干線電壓或總線電壓。這樣才能提供足夠的保護(hù)，使MOS管不會(huì)失效。

就選擇MOS管而言，必須確定漏極至源 極間可能承受的最大電壓，即最大VDS。知道MOS管能承受的最大電壓會(huì)隨溫度而變化這點(diǎn)十分重要。

我們須在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)測(cè)試電壓的變化范圍。額定電壓必須有足夠的余量覆蓋這個(gè)變化范圍，確保電路不會(huì)失效。需要考慮的其他安全因素包括由開關(guān)電子設(shè)備（如電機(jī)或變壓器）誘發(fā)的電壓瞬變。

不同應(yīng)用的額定 電壓也有所不同；通常，便攜式設(shè)備為20V、FPGA電源為20～30V、85～220VAC應(yīng)用為450～600V。

2. 確定MOS管的額定電流。該額定電流應(yīng)是負(fù)載在所有情況下能夠承受的最大電流。

與電壓的情況相似，確保所選的MOS管能承受這個(gè)額定電流，即使在系統(tǒng)產(chǎn)生 尖峰電流時(shí)。兩個(gè)考慮的電流情況是連續(xù)模式和脈沖尖峰。

在連續(xù)導(dǎo)通模式下，MOS管處于穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電流連續(xù)通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌（或尖峰電 流）流過器件。一旦確定了這些條件下的最大電流，只需直接選擇能承受這個(gè)最大電流的器件便可。

選好額定電流后，還必須計(jì)算導(dǎo)通損耗。在實(shí)際情況 下，MOS管并不是理想的器件，因?yàn)樵趯?dǎo)電過程中會(huì)有電能損耗，這稱之為導(dǎo)通損耗。

MOS管在“導(dǎo)通”時(shí)就像一個(gè)可變電阻，由器件的RDS（ON）所確 定，并隨溫度而顯著變化。器件的功率耗損可由Iload2×RDS（ON）計(jì)算，由于導(dǎo)通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會(huì)隨之按比例變化。

對(duì)MOS管施加的電壓VGS越高，RDS（ON）就會(huì)越小；反之RDS（ON）就會(huì)越高。注意RDS（ON）電阻會(huì)隨著電流輕微上升。關(guān)于RDS（ON）電阻的各種電 氣參數(shù)變化可在制造商提供的技術(shù)資料表中查到。

3.　選擇MOS管的下一步是系統(tǒng)的散熱要求。須考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實(shí)情況。

建議采用針對(duì)最壞情況的計(jì)算結(jié)果，因?yàn)檫@個(gè)結(jié)果提供更大的安全余量，能確保系統(tǒng)不會(huì)失效。

在MOS管的資料表上還有一些需要注意的測(cè)量數(shù)據(jù)；器件的結(jié)溫等于最大環(huán)境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積（結(jié)溫=最大環(huán)境溫度+［熱阻×功率耗散］）。

根據(jù)這個(gè)式子可解出系統(tǒng)的最大功率耗散，即按定義相等于I2×RDS（ON）。我們已將要通過器件的最大電流，可以計(jì)算出不同溫度下的RDS（ON）。

另外，還要做好電路板 及其MOS管的散熱。雪崩擊穿是指半導(dǎo)體器件上的反向電壓超過最大值，并形成強(qiáng)電場(chǎng)使器件內(nèi)電流增加。

晶片尺寸的增加會(huì)提高抗雪崩能力，最終提高器件的穩(wěn)健性。因此選擇更大的封裝件可以有效防止雪崩。

4. 選擇MOS管的最后一步是決定MOS管的開關(guān)性能。影響開關(guān)性能的參數(shù)有很多，但最重要的是柵極/漏極、柵極/ 源極及漏極/源極電容。

這些電容會(huì)在器件中產(chǎn)生開關(guān)損耗，因?yàn)樵诿看伍_關(guān)時(shí)都要對(duì)它們充電。MOS管的開關(guān)速度因此被降低，器件效率也下降。

為計(jì)算開關(guān)過 程中器件的總損耗，要計(jì)算開通過程中的損耗（Eon）和關(guān)閉過程中的損壞（Eoff）。

MOSFET開關(guān)的總功率可用如下方程表達(dá)：Psw= （Eon+Eoff）×開關(guān)頻率。而柵極電荷（Qgd）對(duì)開關(guān)性能的影響最大。

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