功率MOS深度剖析
功率MOSFET的正向导通等效电路
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功率MOSFET的正向导通等效电路 （1）：等效电路
（2）：说明： 功率 MOSFET 正向导通时可用一电阻等效，该电阻与温度有关，温度升高，该电 阻变大；它还与门极驱动电压的大小有关，驱动电压升高，该电阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。
功率MOSFET的反向导通等效电路（1） （1）：等效电路（门极不加控制）
（2）：说明： 即内部二极管的等效电路，可用一电压降等效，此二极管为MOSFET 的体二极管， 多数情况下，因其特性很差，要避免使用。 功率MOSFET的反向导通等效电路（2） （1）：等效电路（门极加控制）
（2）：说明： 功率 MOSFET 在门级控制下的反向导通，也可用一电阻等效，该电阻与温度有关， 温度升高，该电阻变大；它还与门极驱动电压的大小有关，驱动电压升高，该电阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。此工作状态称为MOSFET 的同步整流工作，是低压大电流输出开关电源中非常重要的一种工作状态。
功率MOSFET的正向截止等效电路 （1）：等效电路
（2）：说明： 功率 MOSFET 正向截止时可用一电容等效，其容量与所加的正向电压、环境温度 等有关，大小可从制造商的手册中获得。 功率MOSFET的稳态特性总结 （1）：功率MOSFET 稳态时的电流/电压曲线
（2）：说明： 功率 MOSFET 正向饱和导通时的稳态工作点：
当门极不加控制时，其反向导通的稳态工作点同二极管。 （3）：稳态特性总结： -- 门极与源极间的电压 Vgs 控制器件的导通状态；当 Vgs < Vth 时，器件处于断开状态， Vth 一般为 3V；当 Vgs >Vth 时，器件处于导通状态；器件的通态电阻与 Vgs 有关， Vgs 大， 通态电阻小；多数器件的 Vgs 为 12V-15V ，额定值为+-30V； -- 器件的漏极电流额定是用它的有效值或平均值来标称的；只要实际的漏极电流有效值没有 超过其额定值，保证散热没问题，则器件就是安全的； -- 器件的通态电阻呈正温度系数，故原理上很容易并联扩容，但实际并联时，还要考虑驱动 的对称性和动态均流问题； -- 目前的 Logic-Level的功率 MOSFET，其 Vgs 只要 5V，便可保证漏源通态电阻很小； -- 器件的同步整流工作状态已变得愈来愈广泛，原因是它的通态电阻非常小（目前最小的为 2-4 毫欧），在低压大电流输出的DC/DC 中已是最关键的器件； 包含寄生参数的功率MOSFET等效电路 （1）：等效电路
（2）：说明： 实际的功率MOSFET 可用三个结电容，三个沟道电阻，和一个内部二极管及一个 理想MOSFET 来等效。三个结电容均与结电压的大小有关，而门极的沟道电阻一般很小，漏极和源极的两个沟道电阻之和即为MOSFET 饱和时的通态电阻。 功率MOSFET的开通和关断过程原理 （1）：开通和关断过程实验电路
（2）：MOSFET 的电压和电流波形：
（3）：开关过程原理： 开通过程[ t0 ~ t4 ]： -- 在 t0 前，MOSFET 工作于截止状态， t0 时，MOSFET 被驱动开通； -- [ t0 - t1 ]区间，MOSFET 的GS 电压经 Vgg 对Cgs 充电而上升，在 t1 时刻，到达维持电压 Vth ， MOSFET 开始导电； -- [ t1 - t2 ]区间，MOSFET 的DS 电流增加，Millier 电容在该区间内因DS 电容的放电而放电，对 GS 电容的充电影响不大； -- [ t2 - t3 ]区间，至t2 时刻，MOSFET 的DS 电压降至与Vgs 相同的电压，Millier 电容大大增加， 外部驱动电压对Millier 电容进行充电，GS 电容的电压不变，Millier 电容上电压增加，而DS电容上的电压继续减小； -- [ t3 - t4 ]区间，至t3 时刻，MOSFET 的DS 电压降至饱和导通时的电压，Millier 电容变小并和 GS 电容一起由外部驱动电压充电，GS 电容的电压上升，至t4 时刻为止。此时GS 电容电压已达稳态，DS 电压也达最小，即稳定的通态压降。 关断过程[ t5 ~ t9 ]： -- 在 t5 前，MOSFET 工作于导通状态， t5 时，MOSFET 被驱动关断； -- [ t5 - t6 ]区间，MOSFET 的 Cgs 电压经驱动电路电阻放电而下降，在 t6 时刻，MOSFET 的通态 电阻微微上升，DS 电压梢稍增加，但DS 电流不变； -- [ t6 - t7 ]区间，在 t6 时刻，MOSFET 的Millier 电容又变得很大，故GS 电容的电压不变，放电 电流流过Millier 电容，使DS 电压继续增加； -- [ t7 - t8 ]区间，至 t7 时刻，MOSFET 的DS 电压升至与Vgs 相同的电压，Millier 电容迅速减小， GS 电容开始继续放电，此时DS 电容上的电压迅速上升，DS 电流则迅速下降； -- [ t8 - t9 ]区间，至 t8 时刻，GS 电容已放电至Vth，MOSFET 完全关断；该区间内GS 电容继续 放电直至零。 因二极管反向恢复引起的MOSFET开关波形 （1）：实验电路
（2）：因二极管反向恢复引起的MOSFET 开关波形：
功率MOSFET的功率损耗公式 （1）：导通损耗：
该公式对控制整流和同步整流均适用
该公式在体二极管导通时适用 （2）：容性开通和感性关断损耗：
为MOSFET 器件与二极管回路中的所有分布电感只和。一般也可将这个损耗看成器件的感性关断损耗。 （3）：开关损耗： 开通损耗：
考虑二极管反向恢复后：
关断损耗：
驱动损耗：
功率MOSFET的选择原则与步骤 （1）：选择原则 （A）：根据电源规格，合理选择MOSFET 器件（见下表）： （B）：选择时，如工作电流较大，则在相同的器件额定参数下， -- 应尽可能选择正向导通电阻小的 MOSFET； -- 应尽可能选择结电容小的 MOSFET。
（2）：选择步骤 （A）：根据电源规格，计算所选变换器中MOSFET 的稳态参数： -- 正向阻断电压最大值； -- 最大的正向电流有效值； （B）：从器件商的DATASHEET 中选择合适的MOSFET，可多选一些以便实验时比较； （C）：从所选的MOSFET 的其它参数，如正向通态电阻，结电容等等，估算其工作时的最大损 耗，与其它元器件的损耗一起，估算变换器的效率； （D）：由实验选择最终的MOSFET 器件。 理想开关的基本要求 （1）：符号
（2）：要求 （A）：稳态要求： 合上 K 后 -- 开关两端的电压为零； -- 开关中的电流有外部电路决定； -- 开关电流的方向可正可负； -- 开关电流的容量无限。 断开 K 后 -- 开关两端承受的电压可正可负； -- 开关中的电流为零； -- 开关两端的电压有外部电路决定； -- 开关两端承受的电压容量无限。 （B）：动态要求： K 的开通 -- 控制开通的信号功率为零； -- 开通过程的时间为零。 K 的关断 -- 控制关断的信号功率为零； -- 关断过程的时间为零。 （3）：波形 其中：H：控制高电平；L：控制低电平 -- Ion 可正可负，其值有外部电路定； -- Voff 可正可负，其值有外部电路定。 用电子开关实现理想开关的限制 （1）：电子开关的电压和电流方向有限制： （2）：电子开关的稳态开关特性有限制： -- 导通时有电压降；（正向压降，通态电阻等） -- 截止时有漏电流； -- 最大的通态电流有限制； -- 最大的阻断电压有限制； -- 控制信号有功率要求，等等。 （3）：电子开关的动态开关特性有限制： -- 开通有一个过程，其长短与控制信号及器件内部结构有关； -- 关断有一个过程，其长短与控制信号及器件内部结构有关； -- 最高开关频率有限制。 目前作为开关的电子器件非常多。在开关电源中，用得最多的是二极管、MOSFET、IGBT 等，以及 它们的组合。 电子开关的四种结构 （1）：单象限开关
（2）：电流双向（双象限）开关
（3）：电压双向（双象限）开关 [文章纠错] 文章网友提供，仅供学习参考，版权为原作者所有，如侵犯到 你的权益请联系qchjl_admin@126.com，我们会及时处理。
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