ON状态的MOSFET和三极管
2021-05-10

MOSFET和三极管,在ON状态时,MOSFET通常用Rds,三极管通常用饱和Vce。


是否存在能够反过来的情况,三极管用饱和Rce,而MOSFET用饱和Vds呢?


三极管ON状态时工作于饱和区,导通电流Ice主要由Ib与Vce决定,由于三极管的基极驱动电流Ib一般不能保持恒定,因而Ice就不能简单的仅由Vce来决定,即不能采用饱和Rce来表示(因Rce会变化)。由于饱和状态下Vce较小,所以三极管一般用饱和Vce表示。


MOS管在ON状态时工作于线性区(相当于三极管的饱和区),与三极管相似,电流Ids由Vgs和Vds决定,但MOS管的驱动电压Vgs一般可保持不变,因而Ids可仅受Vds影响,即在Vgs固定的情况下,导通阻抗Rds基本保持不变,所以MOS管采用Rds方式。


电流可以双向流过MOSFET的D和S ,正是MOSFET这个突出的优点,让同步整流中没有DCM的概念,能量可以从输入传递到输出,也可以从输出返还给输入,能实现能量双向流动。

接下来我们往深入一点来进行讨论。

深入

问:MOS的D和S既然可以互换,那为什么又定义DS呢?

答:对于IC内部的MOS管,制造时肯定是完全对称的,定义D和S的目的是为了讨论电流流向和计算的时候方便。


问:既然定义D和S,它们到底有何区别呢?

答:对于功率MOS,有时候会因为特殊的应用,比如耐压或者别的目的,在NMOS的D端做一个轻掺杂区耐压,此时D、S会有不同。


问:D和S互换之后,MOS表现出来的特性,跟原来有何不同呢?比如Vth、弥勒效应、寄生电容、导通电阻、击穿电压Vds。

答:DS互换后,当Vgs=0时,只要Vds>0.7V管子也可以导通,而换之前不能。当Vgs>Vth时,反型层沟道已形成,互换后两者特性相同。



D和S的确定


我们只是说电流可以从D→S ,也可以从S→D。但是并不意味着:D和S,这两个端子的名字可以互换。

DS沟道的宽度是靠GS电压控制的。当G固定了,谁是S就唯一确定了。


如果将上面确定为S端的认为是D;将原来是D的认为是S,并且给G和这个S施加电压,结果沟道并不变化,仍然是关闭的。


当Vgs没有到达Vth之前,通过驱动电阻R对Cgs充电,这个阶段的模型就是简单的RC充电过程。


当Vgs充到Vth之后,DS导电沟道开始开启,Vd开始剧烈下降。


按照I=C*dV/dt,寄生电容Cgd有电流流过,方向是G→D 。


按照G接点KCL Igd电流将分流IR,大部分驱动电流转向Igd,留下小部分继续流到Cgs。因此,Vgs出现较平坦变化的一小段。这就是miler平台。

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