功率MOSFET的應用電路解析

金屬-氧化物半導體場效應晶體管，簡稱金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”（工作載流子）的極性不同，可分為“N型”與“P型” 的兩種類型，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET，其他簡稱上包括NMOS、PMOS等，本文主要講解MOSFET的一些電路

功率MOSFET的正向導通等效電路

等效電路

說明：

功率 MOSFET 正向導通時可用一電阻等效，該電阻與溫度有關，溫度升高，該電阻變大；它還與門極驅動電壓的大小有關，驅動電壓升高，該電阻變小。詳細的關系曲線可從制造商的手冊中獲得。

功率MOSFET的反向導通等效電路

等效電路（門極不加控制）

說明：

即內部二極管的等效電路，可用一電壓降等效，此二極管為MOSFET 的體二極管，多數情況下，因其特性很差，要避免使用。

功率MOSFET的反向導通等效電路

等效電路（門極加控制）

說明：

功率 MOSFET 在門級控制下的反向導通，也可用一電阻等效，該電阻與溫度有關，溫度升高，該電阻變大；它還與門極驅動電壓的大小有關，驅動電壓升高，該電阻變小。詳細的關系曲線可從制造商的手冊中獲得。此工作狀態稱為MOSFET 的同步整流工作，是低壓大電流輸出開關電源中非常重要的一種工作狀態。

功率MOSFET的正向截止等效電路

等效電路

說明：

功率 MOSFET 正向截止時可用一電容等效，其容量與所加的正向電壓、環境溫度等有關，大小可從制造商的手冊中獲得。

功率MOSFET的穩態特性總結

(1)：功率MOSFET 穩態時的電流/電壓曲線

(2)：說明

功率 MOSFET 正向飽和導通時的穩態工作點：

當門極不加控制時，其反向導通的穩態工作點同二極管。

(3)：穩態特性總結

門極與源極間的電壓Vgs 控制器件的導通狀態;當VgsVth時，器件處于導通狀態;器件的通態電阻與Vgs有關，Vgs大，通態電阻小;多數器件的Vgs為 12V-15V ，額定值為+-30V;

器件的漏極電流額定是用它的有效值或平均值來標稱的;只要實際的漏極電流有效值沒有超過其額定值，保證散熱沒問題，則器件就是安全的;

器件的通態電阻呈正溫度系數，故原理上很容易并聯擴容，但實際并聯時，還要考慮驅動的對稱性和動態均流問題;

目前的 Logic-Level的功率 MOSFET，其Vgs只要 5V，便可保證漏源通態電阻很小;

器件的同步整流工作狀態已變得愈來愈廣泛，原因是它的通態電阻非常小(目前最小的為2-4 毫歐)，在低壓大電流輸出的DC/DC 中已是最關鍵的器件;

包含寄生參數的功率MOSFET等效電路

等效電路

說明：

實際的功率MOSFET 可用三個結電容，三個溝道電阻，和一個內部二極管及一個理想MOSFET 來等效。三個結電容均與結電壓的大小有關，而門極的溝道電阻一般很小，漏極和源極的兩個溝道電阻之和即為MOSFET 飽和時的通態電阻。

功率MOSFET的開通和關斷過程原理

(1)：開通和關斷過程實驗電路

(2)：MOSFET 的電壓和電流波形

(3)：開關過程原理

開通過程[ t0 ~ t4 ]：

在 t0 前，MOSFET 工作于截止狀態，t0 時，MOSFET 被驅動開通;

[t0-t1]區間，MOSFET 的GS 電壓經Vgg 對Cgs充電而上升，在t1時刻，到達維持電壓Vth，MOSFET 開始導電;

[t1-t2]區間，MOSFET 的DS 電流增加，Millier 電容在該區間內因DS 電容的放電而放電，對GS 電容的充電影響不大;

[t2-t3]區間，至t2 時刻，MOSFET 的DS 電壓降至與Vgs 相同的電壓，Millier 電容大大增加，外部驅動電壓對Millier 電容進行充電，GS 電容的電壓不變，Millier 電容上電壓增加，而DS電容上的電壓繼續減小;

[t3-t4]區間，至t3 時刻，MOSFET 的DS 電壓降至飽和導通時的電壓，Millier 電容變小并和GS 電容一起由外部驅動電壓充電，GS 電容的電壓上升，至t4 時刻為止。此時GS 電容電壓已達穩態，DS 電壓也達最小，即穩定的通態壓降。

關斷過程[ t5 ~t9 ]：

在 t5 前，MOSFET 工作于導通狀態， t5 時，MOSFET 被驅動關斷;

[t5-t6]區間，MOSFET 的Cgs 電壓經驅動電路電阻放電而下降，在t6 時刻，MOSFET 的通態電阻微微上升，DS 電壓梢稍增加，但DS 電流不變;

[t6-t7]區間，在t6 時刻，MOSFET 的Millier 電容又變得很大，故GS 電容的電壓不變，放電電流流過Millier 電容，使DS 電壓繼續增加;

[t7-t8]區間，至t7 時刻，MOSFET 的DS 電壓升至與Vgs 相同的電壓，Millier 電容迅速減小，GS 電容開始繼續放電，此時DS 電容上的電壓迅速上升，DS 電流則迅速下降;

[t8-t9]區間，至t8 時刻，GS 電容已放電至Vth，MOSFET 完全關斷;該區間內GS 電容繼續放電直至零。

因二極管反向恢復引起的MOSFET開關波形

（1）：實驗電路

（2）：因二極管反向恢復引起的MOSFET 開關波形

審核編輯：郭婷