MOSFET是一种常用的高压开关元件MOSFET工作电压甚至可以达到10000V,低导电阻MOSFET只有一两毫欧;工作频率达到数兆赫兹。按导电沟分:P沟道(PMOS)和N沟道(NMOS)。
按格极电压幅值分为耗尽型(当格极电压为0时,漏电极之间存在导电通道)和增强型(格极电压幅值)>或<导电沟直到0点才存在,最常用)。一起看,MOSFET分为四类:P沟通增强,P沟通耗尽,N沟通增强,N沟通耗尽。
画法不同:
MOS管道属于压控流元件,三极管为流控流元件。
MOSFET有三只脚:栅极(G、Gate)、漏极(D、Drain)、源极(S、Source)。寄生二极管在漏极和源极之间,称为体二极管。D脚要接高压,S三极管只有脚接低压才能起作用。
中间的脚是栅极,控制板极的电流强度,改变电子管的性能。左右两侧有漏极。
作为压控元件,当Vgs<VT,Vds截止日期,只有当Vgs>=VT(截止电压或开启电压、门槛电压、门槛电压),Vds电阻被称为静态导通电阻Rds(on),源极和漏极有通路,形成的电流称为漏极电流(iD)。随着Vgs不断增长,同样Vds也会不断增大,即通路不断增大,当Vds=Vgs-VT电流称为饱和电流,电压称为饱和电压。此时iD几乎不因Vds管道进入恒流区,iD几乎只决定Vgs。ID0是Vgs=2VT时的iD,VT=UGS(th)。
当MOSFETE不饱和的时候可以简单的做MOSFET作为电阻,随之而来Vds增加,输出Ids也是线性增加uGS=0V时iD=0,只有当Vgs>UGS(th)之后会出现漏极电流,这种MOS称为增强型MOS管。
转移特性曲线是指漏极电流iD和网-源间电压uGS当iD较大时,iD与uGS近似线性的关系。曲线的斜率被定义为MOSFET的跨导Gfs=diD/duGS,是漏极输出电流的变化量与栅源电压变化量之比,是栅源电压对漏极电流控制能力大小的量度。
对于NMOS,VP=5V饱和电压,当Vgs=0V当饱和电流为时,可以看到饱和电流Idss,当给Vgs上-3V饱和电流2v,当电阻不变电流减小时,Vgs=-5v不产生电流。
RDS(on):在特定的uGS、在结温和漏极电流的条件下,MOSFET导通时漏源之间的最大阻抗。它是一个决定MOSFET导通时的消耗功率。这一参数通常会随着结温度的升高而增加。
MOSFET开关过程,米勒效应(Miller Effect)指在反相放大的作用下,输入输出之间的分布电容(栅漏电容)放大等效输入电容值的效果。由于米勒效应,MOSFET栅极驱动过程中,会形成平台电压,即米勒平台,引起开关时间变长,开关损耗增加,给MOS管道的正常工作有很大的不利影响。
在t0到t1时刻,从t0时刻开始,Vgs开始上升的时候,驱动电流Ig为Cgs充电,Vds在上升的过程中,Vds保持不变,iD为零。一直到t1时刻,Vgs上升到Vgs(th),门极开启电压。在t1时刻以前,MOS在截止区,从t一时开始,因Vgs超过门槛电压开始导通,漏极电流iD随着负载电流的缓慢上升,流体二极管的部分电流转向流入MOSFET,但它们的和总是等于负载电流,在开关开启过程中可以认为负载电流没有变化。在此期间,驱动电流仍然是Cgs充电。到t2时刻,iD上升到和负载电流一样,换流结束。在负载电流上升的过程中Vds会略有下降(因为下降)di/dt在杂散电感上形成一些压降)。从t2时刻开始,MOS进入饱和区。进入米勒平台前,二极管钳位保持漏源电压不变,MOS管道导电沟处于夹紧状态。从t2时刻,因电流已经上升达到负载中的电流,漏极不再被钳位。这意味着导电沟是由于VDD钳位引起的夹紧状态被解除,导电沟靠近漏极侧的沟逐渐变宽,从而降低了沟的导电阻。在漏极电流ID不变的情况下,漏源电压Vds开始下降,Vds开始降低 ,开始给格栅极驱动电流Cgd充电。由于从t1时刻开始,MOS饱和有转移特征:ID=Vgs*Gfs。只要ID不变Vgs就不变。ID在上升到最大值以后,也就是MOSFET和体二极管换流后,ID等于负载电流,此时处于饱和区,所以Vgs它将保持不变,栅极电压将保持不变Vgs平台期是维持米勒平台的电压,称为米勒平台。米勒平台一直保持到Vgs电压降低到MOSFET直到进入线性区t3时刻。从t3时刻开始,MOSFET在线电阻区工作。同时给出栅极驱动电流Cgs和Cgd充电时,栅极电压又开始上升。由于网极电压的增加,MOSFET导电沟也开始变宽,导通压降将进一步降低。当Vgs当增加到一定电压时,MOS管道完全导通。