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怎么样才可以彻底搞懂MOSFET?

fcsde-sh 来源:张飞实战电子 作者:张飞实战电子 2021-05-03 10:39 次阅读

我们现在知道了,只要让MOSFET有一个导通的阈值电压,那么这个MOSFET就导通了。那么在我们当前的这个电路中,假设GS电容上有一个阈值电压,足可以让MOSFET导通,而且电容没有放电回路,不消耗电流。那么DS导通,理论上等效电阻无穷小,我们把这个等效电阻称之为Rdson。当MOSFET电流达到最大时,则Rdson必然是最小的。对于MOSFET来说,Rdson越小,价格也就越贵。我们说MOSFET从不导通变为导通,等效内阻Rdson从无穷大变成无穷小,当然这个无穷小也有一个值的。MOSFET导通了,但是它没有回路。

以上这些就是MOSFET和三极管的区别。当我们在测量MOSFET时,要想测量Rdson,先用镊子夹在GS两端短路掉,把GS电压先放掉,放掉之后再测量DS两端的阻抗,否则测出来的值就不准。

02

接下来我们再来看MOS管的损耗问题。

我们说,尽管导通后Rdson很小,但是一旦我走大电流,比如100A,最终还是有损耗的。我们把这个损耗叫做MOSFET的导通损耗,这个导通损耗,是由MOSFET的Rdson决定的,当MOSFET选型确定了之后,它的Rdson不再变了。

另外,DS上流过的Id电流是由负载决定的。既然是由负载决定的,我们就不能改变电流,所以,我们说MOSFET的导通损耗是由Rdson决定的。

我们看到,MOSFET的DS之间有一个二极管,我们把这个二极管称为MOSFET的体二极管。假设正向:由D指向S,那么,体二极管的方向是跟正向相反的,而且,这个体二极管正向不导通,反向会导通。所以,这个体二极管和普通二极管一样,也有钳位电压,实际钳位电压跟体二极管上流过的电流是有关系的,体二极管上流过的电流越大,则钳位电压越高,这是因为体二极管本身有内阻。

体二极管的功耗问题。假设体二极管的压降是0.7V,那么它的功耗P=0.7V*I,所以,它的功耗也是由负载决定的。所以,功耗也蛮大的。我们把体二极管的功耗称之为续流损耗。

那么,体二极管的参数我们怎么去设置呢?为了安全起见,体二极管的电流,一般跟Id电流是接近或者相等的。另外,我们还要注意的是,这个体二极管并不是人为的刻意做上去的,而是客观存在的。

03

对于MOSFET来说,我们来讨论GS电容问题。

我们要知道,MOSFET其实并不是一个MOSFET,它实际上是由若干个小的MOSFET合成的。既然是合成的,我们就讨论下低压MOSFET和高压MOSFET的差异。

假设功率相等:3 KW

低压:24V 电流:125A

高压:310V 电流:9.7A

大家看到没有,低压电流大,高压电流小。从内阻法来分析:如果电流大,是不是等效为内阻小啊;如果电流小,是不是内阻大啊。所以,低压器件要求内阻小,高压内阻大了。

从电压角度比较分析:

从耐压来看,则多个串联;从电流来看,则多个并联。所以:

低压:24V 电流:125A 内阻小 多个管子并联 耐压很难做高

高压:310V 电流:9.7A 耐压高多个管子串联 内阻必然大

所以根据上面分析,得出一个结论:

高压MOSFET,Rdson大;低压MOSFET,Rdson小。

MOSFET的GS电容:

低压:24V 电流:125A

内阻小 多个管子并联 耐压很难做高 gs电容大

高压:310V 电流:9.7A

耐压高 多个管子串联 内阻必然大 gs电容小

由于一个MOSFET里面集成了大量的小的mosfet,实际上在制造工艺的工程中,是用金子来做的。如果里面有一些管子坏了,是测量不出来的,这就是大品牌和小品牌的差异。

那么,我们来看一下啊,MOSFET的GS电容对管子开通特性的影响。我们说,高压的管子,它的GS电容小。要想把管子开通,无非是对这个电容充电,让它什么时候充到阈值电压,对不对?那么我们来看,当电流相等的情况下,对GS电容进行充电。

895d30fa-a3da-11eb-aece-12bb97331649.jpg

既然是对GS电容充电,那就看这个电容的大小啊,是吧。比方说,一个截面积小的水缸,和一个截面积很大的水缸,用相等的电流或者电荷数对它进行充电,大水缸充起来,电位升高的慢;小水缸充起来,电位升高的快。

我们说,高压MOS管相等的电流进行充电,那么很明显,结电容大的,则充的慢,也就是说开通的慢;GS电容小,则开通快。高压MOSFET开通快,低压MOSFET开通慢。

补充问题:

高压MOSFET,Rdson大,一般几十mΩ,比如50mΩ,可以通到十几A就不错了。但是功率并不小,因为电压高啊。

低压MOSFET,Rdson小,一般几mΩ,比如3mΩ,可以做到几十,甚至100A。下篇文章我们来讲一下MOSFET的开通和关断

上期回顾:

原文标题:从无到有,彻底搞懂MOSFET讲解(二)

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