MOS管的体二极管是怎么来的?有什么用?
电子设计宝典 2024-06-20


1.MOS管的体二极管的来源

下图是NMOS的示意图,从图中红色框内可以看到,MOS在D、S极之间并联了一个二极管,其被称为体二极管,或者叫寄生二极管、续流二极管。

体二极管的产生是由于生产工艺造成的。总所周知,不管是MOS还是二极管,都是由半导体材料构成,我们都知道二极管是由一对PN结构成的。见下图,P型区对应二极管的阳极,N型区对应二极管的负极。


从下图(1)可以看出,MOS中的氧化物O指的是二氧化硅SiO2,SiO2不导电,所以驱动极G基本不走电流,因此MOS功耗比较低,是电压型驱动器件。从(1)也可以看出,MOS除了D、G、S三个极之外,还有一个Sub极,Sub和S极短接,因此(2)MOS的电路符号中,会将MOS内部指向沟道N沟道的箭头和S极连接在一起。从(3)中可以看到,从D极的N型区->中间P型区->Sub极->S极,刚好构成了一个二极管结构,并且处于反偏状态,这就是MOS符号中并联了一个二极管的原因。从上面的分析可以知道,这个二极管是MOS结构和工艺使然的,说它是寄生二极管其实不太合适,体二极管(body-diode)的称呼还是相对准确一些。
体二极管只在单个MOS管中,集成芯片IC中是没有的。因为一般情况下,单体的MOS管B极(也就是上述的Sub极)是不独自引出来的,通过把它接到S极上,也就是和S极短路,那么自然而然这个PN结就相当于是S极到D极了。IC芯片设计内部,是把B极接到电压最低或者最高,并非一定是S极如果B极悬空,那么S极和D极之间就没有这个二极管了。
体二极管其实就是一个普通的二极管,也能过较大的电流,比如下面这个,DS沟道能过5.8A,体二极管能过2.9A。大多数MOS管规格书上,是不会给出MOS管体二极管相关参数的,或者给的数据比较少。如果我们要应用在电路中,需要让厂家提供详细的数据。他们的数据会很完整,包括不同电流下的压降,不用温度下的数据,如常温25℃,75℃等等。
2.MOS管的体二极管的作用从网上汇总的资料来看,MOS管的体二极管的作用如下:(1)MOSFET 的寄生二极管,作用是防止 VDD 过压的情况下,烧坏 MOS 管,因为在过压对 MOS 管造成破坏之前,二极管先反向击穿,将大电流直接到地,从而避免 MOS 管被烧坏。
(2)防止 MOS 管的源极和漏极反接时烧坏 MOS 管,也可以在电路有反向感生电压时,为反向感生电压提供通路,避免反向感生电压击穿MOS管。(如在感性负载(马达继电器)应用中,主要用来保护回路。
(3)有的电池保护板,在锂电池过放后,会开启保护功能:关闭放电MOS。当插上充电器后,就利用MOS体二极管,使得电路导通,系统正常工作。
此外,在一些场景下,是不希望有这个二极管的存在,因为它会使得S极和D极之间有漏电的可能性。
参考文献:
  1. http://www.kiaic.com/article/detail/2864.html
  2. https://zhuanlan.zhihu.com/p/392582490
  3. https://www.dianyuan.com/article/45723.html
  4. http://www.kiaic.com/article/detail/2266.html


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