MOS管选型注重的参数及使用注意事项-KIA MOS管

一、MOS管选型注重的参数

1、负载电流IL --它直接决定于MOSFET的输出能力；

2、输入-输出电压–它受MOSFET负载占空比能力限制；

3、开关频率FS–参数影响MOSFET开关瞬间的耗散功率；

4、 MOS管最大允许工作温度–这要满足系统指定的可靠性目标。

二、MOS管主要参数及使用

在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，一般都要考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等因素。

MOSFET管是FET的一种，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，一般主要应用的为增强型的NMOS管和增强型的PMOS管，所以通常提到的就是这两种。

这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。

在MOS管内部，漏极和源极之间会寄生一个二极管。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，并且只在单个的MOS管中存在此二极管，在集成电路芯片内部通常是没有的。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免。

（一）MOS管导通特性

导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。

NMOS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)，只要栅极电压达到一定电压（如4V或10V,其他电压，看手册）就可以了。

PMOS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NMOS。

（二）MOS开关管损失

不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，因而在DS间流过电流的同时，两端还会有电压，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MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几毫欧，几十毫欧左右。

MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS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，MOS管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，导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。降低开关时间，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。

（三）MOS管驱动

MOS管导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。但是，我们还需要速度。

在MOS管的结构中可以看到，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。

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其他电压，看手册)。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MOS管。

三、MOS管选型注意事项

第一步：选用N沟道还是P沟道

低压侧开关选N-MOS，高压侧开关选P-MOS

根据电路要求选择确定VDS，VDS要大于干线电压或总线电压。这样才能提供足够的保护，使MOS管不会失效。

第二步：确定额定电流

额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的MOS管能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。

MOS管并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能损耗，这称之为导通损耗。

MOS管在“导通”时就像一个可变电阻，由器件的RDS（ON）所确定，并随温度而显著变化。

器件的功率耗损可由Iload2×RDS（ON）计算，由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOS管施加的电压VGS越高，RDS（ON）就会越小；反之RDS（ON）就会越高。

第三步：确定热要求

器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积（结温=最大环境温度+［热阻×功率耗散］）。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散，即按定义相等于I2×RDS（ON）。

第四步：决定开关性能

选择MOS管的最后一步是决定MOS管的开关性能。影响开关性能的参数有很多，但最重要的是栅极/漏极、栅极/ 源极及漏极/源极电容。这些电容会在器件中产生开关损耗，因为在每次开关时都要对它们充电。MOS管的开关速度因此被降低，器件效率也下降。

四、Mosfet参数含义说明

Vds：DS击穿电压.当Vgs=0V时，MOS的DS所能承受的最大电压

Rds(on)：DS的导通电阻.当Vgs=10V时，MOS的DS之间的电阻

Id：最大DS电流.会随温度的升高而降低

Vgs:最大GS电压.一般为：-20V~+20VI

dm:最大脉冲DS电流.会随温度的升高而降低，体现一个抗冲击能力，跟脉冲时间也有关系

Pd:最大耗散功率

Tj:最大工作结温，通常为150度和175度

Tstg:最大存储温度

Iar:雪崩电流

Ear:重复雪崩击穿能量

Eas:单次脉冲雪崩击穿能量

BVdss：DS击穿电压

Idss:饱和DS电流，uA级的电流

Igss:GS驱动电流，nA级的电流.

gfs:跨导

Qg:G总充电电量

Qgs:GS充电电量

Qgd:GD充电电量

Td(on):导通延迟时间，从有输入电压上升到10%开始到Vds下降到其幅值90%的时间

Tr:上升时间，输出电压VDS从90%下降到其幅值10%的时间

Td(off):关断延迟时间，输入电压下降到90%开始到VDS上升到其关断电压时10%的时间

Tf:下降时间，输出电压VDS从10%上升到其幅值90%的时间(参考图4)。

Ciss:输入电容，Ciss=Cgd+Cgs.

Coss:输出电容，Coss=Cds+Cgd.

Crss:反向传输电容，Crss=Cgc.

五、结束

MOS管广泛使用在模拟电路与数字电路中，和我们的生活密不可分。MOS管的优势在于：首先驱动电路比较简单。MOS管需要的驱动电流比BJT则小得多，而且通常可以直接由CMOS或者集电极开路TTL驱动电路驱动；其次MOS管的开关速度比较迅速，能够以较高的速度工作，因为没有电荷存储效应；另外MOS管没有二次击穿失效机理，它在温度越高时往往耐力越强，而且发生热击穿的可能性越低，还可以在较宽的温度范围内提供较好的性能。MOS管已经得到了大量应用，在消费电子、工业产品、机电设备、智能手机以及其他便携式数码电子产品中随处可见。