标签: mosfet管子应用和测量小结

MOSFET管子在电子产品中应用很广，汽车电器，UPS电源，智能手机，平板电脑，智能家居产品等等，太多PCBA板子看到MOSFET管子运用。我们先了解一下什么是MOSFET管子和MOSFET管子的结构和基础原理。 MOSFET (Metal Oxide –Semiconductor  Field –Etfect Transistor  )是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect  transistor）.MOSFET管子又称：金属-氧化层半导体场效晶体管简称全氧半场效晶体管。外国名字叫：MOSFET  ;发明时间：1960年；发明人：D.kahng和Martin Atalla;核心：金属一氧化层-半导体电容；发明机构：贝尔实验室（BELL  LAB). MOSFET管子结构和应用原理 MOSFET管子结构(图1)是通过调节(夹断)漏-源沟道之间的截面积来控制流过从源极到漏极的电流。利用反相偏置的结作为栅极可以实现这一点;其(反相)电压调节耗尽区，结果夹断沟道，并通过减少其截面积来提高它的电阻。由于栅极没有施加电压，沟道的电阻数值最低，并且流过器件的漏极电流最大。随着栅极电压的增加，两个耗尽区的开头前进，通过提高沟道电阻降低了漏极电流，直到两个耗尽区的开头相遇时才会出现总的夹断。 图1：JFET结构。     MOSFET利用不同类型的栅极结构开发了MOS电容的特性。通过改变施加在MOS结构的顶端电极的偏置的数值和极性，你可以全程驱动它下面的芯片直到反转。图2显示了一个N沟道MOSFET的简化结构，人们称之为垂直、双扩散结构，它以高度浓缩的n型衬底开始，以最小化沟道部分的体电阻。     在它上面要生长了一层n-epi，并制成了两个连续的扩散区，p区中合适的偏置将产生沟道，而在它里面扩散出的n+区定义了源极。下一步，在形成磷掺杂多晶硅之后，要生长薄的高品质栅极氧化层，从而形成栅极。要在定义源极和栅电极的顶层上开接触窗口，与此同时，整个晶圆的底层使漏极接触。由于在栅极上没有偏置，n+源和n漏被p区分隔，并且没有电流流过(三极管被关闭)。       如果向栅极施加正偏置，在p区中的少数载流子(电子)就被吸引到栅极板下面的表面。随着偏置电压的增加，越来越多的电子被禁闭在这块小空间之中，本地的“少子”集中比空穴(p)集中还要多，从而出现“反转”(意味着栅极下面的材料立即从p型变成n型)。现在，在把源极连接到漏极的栅结构的下面的p型材料中形成了n“沟道”;电流可以流过。就像在JFET(尽管物理现象不同)中的情形一样，栅极(依靠其电压偏置)控制源极和漏极之间的电流。 图2：MOSFET结构和符号。        在MOSFET管子原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。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。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。   MOSFET管子工作原理   MOSFET管子工作原理的意思是作为开关，相当于开关闭合，就是MOSFET导通原理。   NMOSFET管子的特性，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4V或10V就可以了。   PMOSFET管子的特性，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NMOSFET管子。   MOSFET管子开关管损失   不管是NMOSFET管子还是PMOSFET管子，导通后都有导通电阻存在，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MOSFET管子会减小导通损耗。现在的小功率MOSFET管子导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。    MOSFET管子在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOSFET管子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，MOSFET管子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，损失也越大。导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，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。   MOSFET管子的驱动    跟双极性晶体管相比，一般认为使MOSFET管子导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。   在MOSFET管子的结构中可以看到，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，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。     第二注意的是，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。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MOSFET管子。     上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压，设计时当然需要有一定的余量。而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里，但在12V汽车电子系统里，一般4V导通就够用了。      MOSFET管子应用电路      MOSFET管子最显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用在需要电子开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光，充电宝，平板电脑，智能手机，智能家居产品等等。   MOSFET管子用途很广，有开关电路一定要用MOSFET管子，否则电路很不稳定。   MOSFET管子测量   首先要深入了解MOSFET管子结构和工作原理。我们测量一颗MOSFET管子时，主要看这颗MOSFET管子应用要求参数，我们用示波仪，万用表，等等设备，把应用在电器产品上MOSFET管子的参数一一测量出来，跟实际电器要求参数是不是一样，参数一样，这颗MOSFET管子就是电器上要求的MOSFET的管子。     现在生产MOSFET管子的工厂很多，国外进口的，国内生产的，MOSFET管子种类很多，高压MOSFET管子，低压MOSFET管子，等等，MOSFET管子每家生产质量很不一样，用上质量好MOSFET管子，对需要MOSFET管子工厂来说太重要了，用不好，对电器产品太重要了，差的MOSFET管子让电器产品无法工作。