分析MOS管導通條件：過程、壓降、提高效率-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-09-23
導通時序可分為tot1、t1t2、 t2~t3 、t3~t4四個時間段，這四個時間段有不同的等效電路。
1）[t0-t1]：C GS1 開始充電，柵極電壓還沒有到達V GS（th），導電溝道沒有形成，MOSFET仍處于關閉狀態。
2）[t1-t2]區間, GS間電壓到達Vgs（th），DS間導電溝道開始形成，MOSFET開啟，DS電流增加到ID, Cgs2 迅速充電，Vgs由Vgs（th）指數增長到Va。
3）[t2-t3]區間,MOSFET的DS電壓降至與Vgs相同,產生Millier效應，Cgd電容大大增加,柵極電流持續流過，由于C gd 電容急劇增大，抑制了柵極電壓對Cgs 的充電,從而使得Vgs 近乎水平狀態，Cgd 電容上電壓增加,而DS電容上的電壓繼續減小。
4）[t3-t4]區間,至t3時刻,MOSFET的DS電壓降至飽和導通時的電壓,Millier效應影響變小，Cgd 電容變小并和Cgs 電容一起由外部驅動電壓充電, Cgs 電容的電壓上升,至t4時刻為止.此時C gs 電容電壓已達穩態,DS間電壓也達最小，MOSFET完全開啟。
MOS管的source和drain是可以對調的，它們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下，這個兩個區是一樣的，即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。
和晶體管不一樣，MOS管的參數中沒有直接給出管壓降，而是給出導通電阻Rds（on），SI2301的導通電阻在Dd=3.6A時是85mΩ，在Id=2A時是115mΩ，這樣可算出它的管壓降在3.6A和2A時分別為0.306V和0.23V。
導通的意思是作為開關，相當于開關閉合。NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會導通，適合用于源極接地時的情況(低端驅動)，只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導通，使用與源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動，但由于導通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是使用NMOS。
如圖一個用于信號控制的小功率N溝道MOS管，當Rds（on）是MOS管導通時，D極和S極之間的內生電阻，它的存在會產生壓降，所以越小越好。D極與S極間電流Id最大時完全導通。
在圖中可以看到Vgs=10v完全導通，電阻Rds=5歐左右，電流Id=500mA（最大，完全導通），產生壓降Vds=2.5v。而Vgs=4.5v時，Id=75mA（不是最大，沒完全導通），Rds=5.3歐左右，雖然沒完全導通，但產生的壓降Vds=0.4v最小，比Vgs=10v產生的壓降小得多。
對于信號控制（控制DS極導通接地實現高低平）來說只要電壓，不需要電流，所以只要求MOS管導通時產生的壓降越小越好，可以使D極的電壓直接被拉為接近0v，因此首選Vgs=4.5v左右，而不選10v。
有些用于信號控制的MOS管，Vgs為10V和4.5V時產生的壓降差不多，MOS管驅動電路，可以根據情況選擇10v或者4.5v左右的導通電壓。因此對信號控制來說，原則上是選擇導通時產生的壓降越小越好。
那么對于使用在電源控制方面，既需要電壓也需要電流的大功率MOS管來說，就需要完全導通，那么導通電壓是多少呢？我們再來看一個大功率N溝道MOS管，如下圖：
從圖中可以看出Vgs為10v和4.5v時，Id為12.4A，都達到最大，都可完全導通。但10v比4.5v的導通電阻小，產生壓降?。ù蠹s差0.7v），并且10v的開關速度快，損失的能量少，開關效率高，所以首選10v。
至于P溝道MOS管，跟N溝道的差不多，這時不做解析了，它用在信號控制方面的很少，主要是用在電源控制如AO4425，G極電壓必須低于S極10V以上，也就是Vgs《-10v，才能完全導通（Rds= 9 mΩ左右）。如下圖：
總結：信號控制使用的MOS管，只要電壓，不需要電流，要求導通時產生的壓降Vds最小，首選Vgs=4.5v左右，對信號控制來說，原則上是選擇導通時產生的壓降越小越好。電源控制使用的MOS管，既要電壓也要電流，要求完全導通，要求Id最大，產生的壓降Vds最小，首選Vgs=10v左右。
在用FDS6890A型號N-mos，用作開關，漏極加10伏電壓，柵極加0到5伏方波控制導通閉合，但是測量源極電壓時候只有0到8伏的方波輸出。
怎么提高Mos管效率，或者是用一些高級點的電路？
首先要了解MOS管的工作原理。MOS管與一般晶體三極管是不同的。它是電壓控制元件，它是柵極電壓控制的是S-D極間的體電阻。在柵極施加不同的電壓，源-漏極之間就會有電阻的變化，這就是MOS管的工作原理。
柵極電壓對應在器件S-D極的電阻變化曲線可以查器件手冊。根據MOS管的這個特性，既可以選擇將MOS管作放大器工作，也可以選擇作為開關工作。
根據以上原理分析，如果要使MOS管作在開關狀態，就要對柵極施加足夠的電壓，它才能充分起到開關作用。在柵極施加的電壓只有5V（對于單管而言柵極電壓低了，一般應該在12V左右比較好），這個電壓下MOS管的夾斷電阻依然比較大，所以輸出只有8V。
導通與截止由柵源電壓來控制，對于增強型場效應管來說，N溝道的管子加正向電壓即導通，P溝道的管子則加反向電壓。一般2V～4V就可以了。但是，場效應管分為增強型（常開型）和耗盡型（常閉型），增強型的管子是需要加電壓才能導通的，而耗盡型管子本來就處于導通狀態，加柵源電壓是為了使其截止。
開關只有兩種狀態通和斷，三極管和場效應管工作有三種狀態：
1、截止；
2、線性放大；
3、飽和（基極電流繼續增加而集電極電流不再增加）；
使晶體管只工作在1和3狀態的電路稱之為開關電路，一般以晶體管截止，集電極不吸收電流表示關；以晶體管飽和，發射極和集電極之間的電壓差接近于0V時表示開。
開關電路用于數字電路時，輸出電位接近0V時表示0，輸出電位接近電源電壓時表示1。所以數字集成電路內部的晶體管都工作在開關狀態。 場效應管按溝道分可分為Ｎ溝道和Ｐ溝道管（在符號圖中可看到中間的箭頭方向不一樣）。
按材料分可分為結型管和絕緣柵型管，絕緣柵型又分為耗盡型和增強型，一般主板上大多是絕緣柵型管簡稱MOS管，并且大多采用增強型的Ｎ溝道，其次是增強型的Ｐ溝道，結型管和耗盡型管幾乎不用。
場效應晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應管.由多數載流子參與導電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導體器件.場效應管是利用多數載流子導電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多數載流子,也利用少數載流子導電,被稱之為雙極型器件.有些場效應管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負,靈活性比晶體管好。
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