MOS管电路加反向电压会导通的原因

前言

和我们在模电课本上见到的MOS管不同，我们在MOS管厂家提供的datasheet中看到的功率MOSFET的原理图符号都会包括一个寄生器件——体二极管。体二极管是MOS管器件结构固有的。尽管随着这么多年的发展，功率 MOSFET的结构和器件设计发生了许多根本性变化，但体二极管却仍然存在。

MOSFET 原理图，配有体二极管

体二极管作为原理图符号直接存在于MOS管原理图结构中确实是一种奇怪的现象。比如说，MOSFET也有三个寄生电容，比如GS,GD,DS之间的等效寄生电容，尽管它们也会影响MOS管开关的动态性能，在某些电路条件下可能会导致开关故障，但是MOS管原理图结构中却没有体现。这足以说明了体二极管的存在成为了整体 MOSFET 器件一部分。

实例分析

功率 MOSFET 应用一般涉及驱动电感性负载器件，无论是半桥还是全桥配置。比如说降压转换器的拓扑就是一个典型的例子。高端 FET 的工作占空比D大约等于Vout/Vin。

当Q1开关关闭时，电感电流在给定的时钟周期内斜升至峰值。控制器将在Q1关闭和Q2开启之间施加一定量的死区时间，以防止二者直接导通。尽管如此，电感器由于其储能续流特性，仍会尝试保持其电流，将开关节点（Q1,Q2公共点）拉至负压，直到Q2的体二极管导通。即使在Q2开关打开后，体二极管在trr期间也不会关闭，trr二极管的反向恢复时间，在此期间内PN 器件内的电荷需要重新组合，才能实现反向关闭。

典型的降压转换器拓扑

在这种情况下，MOSFET损耗模型中的两个部分与体二极管相关。第一个是二极管导通间隔期间的I L∙V D项（也就是体二极管的损耗）。这明显大于开关的 I2 ∙Rds(on)损耗，所以在设计降压转换器时要最小化开关死区时间。第二个是复合电流，它增加了流经开关 Rds(on)的电感电流。这导致I2R 损耗略高，并且相应的开关的工作温度更高。由于Rds(on) 表现出正的 TCR（电阻温度系数），器件耗散进一步上升，导致器件整体温升偏高。

降压转换器波形

解决方案

那么如何从根本上消除体二极管对开关管工作的影响呢？我们可以与体二极管并联一个肖特基二极管，这是因为肖特基二极管的正向导通比较低，可以防止体 PN 结正向偏置。肖特基二极管是多数载流子器件，反向恢复时间也更快。需要注意的是要确保使用短而宽的走线连接肖特基和 MOSFET，因为即使很小的杂散电感也会降低肖特基二极管的效率。

审核编辑：汤梓红