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1、MOSFET原理原理 参数与参数与应用应用 香港华清电子香港华清电子 集团集团 有限公司有限公司 HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED 目录目录 MOSMOS管的结构和符号管的结构和符号 MOSMOS管的工作管的工作原理原理 MOSMOS管的管的三个工作三个工作区域区
2、域 MOSMOS管的管的应用应用 MOSMOS管的主要参数管的主要参数 WillSemiWillSemi MOSMOS管产品管产品 HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED MOSMOS管的结构和管的结构和符号符号 N N 以以P型硅为衬底 B D G S 大多数大多数 管子的管子的 衬底在衬底在 出厂前出厂前 已和源已和源 极连在极连在 一起一起 铝电极 金属铝电极 金属 Metal 二氧化硅氧化物二氧化硅氧化物 Oxide 半导体半导体 Semiconductor 1 MOS1 MOS管的结构管的结构 以一块掺杂浓度较低 电阻率较高的P型硅半导体薄片作为衬底
3、 利用扩散的方法在P型硅中形成两 个高掺杂的N 区 然后在P型硅表面生长一层很薄的二氧化硅绝缘层 并在二氧化硅表面及N 型区 的表面上分别安装三个铝电极 栅极g gate 源极s source 和漏极d drain 这样就形成了N沟道 增强型MOS管 HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED MOSMOS管的结构和符号管的结构和符号 2 MOS2 MOS管的分类和符号管的分类和符号 NMOS PMOS 寄生二极管 体二极管 MOSFET按导电沟道不同颗分为NMOS和PMOS两种 NMOS 衬底为P型 源 漏区为重掺杂的n 沟道中 载流子为电子 PMOS 衬底为N
4、型 源 漏区为重掺杂的P 沟道中 载流子为空穴 其结构和符号表示如左侧所示 注意箭头方向 寄生二极管的方向与箭头指向一致 由于寄生二极 管的存在 MOSFET用作开关时尤其注意其方向 如何通过符号判断MOS管类型 管脚 体二极管方向 HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED MOSMOS管的工作原理 管的工作原理 NMOSNMOS为例 为例 假设VDS 0 讨论VGS作用 P P N N SGD B VDS 0 VGS 形成空间电荷区形成空间电荷区 并与并与PNPN结相通结相通 V VGS GS 衬底表面层衬底表面层中中 空穴空穴 电子 电子 V VGS GS
5、开启电压开启电压V VGS GS thth 形成形成N N型导电型导电沟道沟道 表面层表面层n n p p VGS越大 反型层中越大 反型层中n 越多 导电能力越强 越多 导电能力越强 反型层反型层 HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED MOSMOS管的工作原理管的工作原理 假设假设VGS VGS th 且保持不变 VDS很小时很小时 VGD VGS 此时此时厚度厚度近似不变近似不变 即即Ron不变不变 由图由图 VGD VGS VDS 因此因此VDS ID线性线性 若若VDS 则则VGD 近漏端沟道近漏端沟道 Ron增大增大 此时此时Ron ID 变慢 变
6、慢 P P N N S GD B VDS VGS P P N N S GD B VDS VGS HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED MOSMOS管的工作原理管的工作原理 当VDS增加到使VGD VGS th 时 A点出现夹断 若若VDS 继续继续 A点左移点左移 出现夹断区出现夹断区 此时预夹断区域加长 伸向此时预夹断区域加长 伸向S极极 VDS增加的部分基本降落在随之加长增加的部分基本降落在随之加长 的夹断沟道上 的夹断沟道上 ID基本趋于不变基本趋于不变 因此预夹断后 因此预夹断后 VDS ID 基本维持不变基本维持不变 ID只受控与只受控与VGS P
7、 P N N S GD B VDS VGS P P N N S GD B VDS VGS A 由图由图 VGD VGS VDS A HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED MOSMOS管的三个工作管的三个工作区域区域 由上述分析可描绘出ID随VDS 变化的关系曲线 u 3V DS GS u GS 1V u u uGS mA 2V D i GS 0V 可变电阻区可变电阻区 恒流区恒流区 截止区截止区 可变电阻可变电阻区 区 沟道预夹断前对应的工作区 特点 特点 ID同时受同时受VGS与与VDS的控制 的控制 当当VGS为常数时 为常数时 VDS ID近似线性近似
8、线性 表现为一种电阻特性 表现为一种电阻特性 当当VDS为常数时 为常数时 VGS ID 表现出一种压控电阻的特性 表现出一种压控电阻的特性 条件 条件 VGS VGS th V DS VGS VGS th 特点 特点 I ID D只受只受V VGS GS控制 而与 控制 而与V VDS DS近似无关 表现出类似三极管的正向受控作用 近似无关 表现出类似三极管的正向受控作用 恒流区 恒流区 沟道预夹断后对应的工作区 条件 条件 VGS VGS th V DS VGS VGS th 截止区 截止区 沟道未形成时的沟道未形成时的工作区工作区 特点 特点 I IG G 0 0 I ID D 0 0相
9、当于相当于MOSMOS管三个电极断开 管三个电极断开 条件 条件 V VGS GS 3V B B 锂电池保护IC Battery Protection Boost LED Backlight Level Shift VIO LVVIO HV IN OUTOUT IN Battery Charge DC IN IC VCC PWM Buck Convertor BatteryBattery M Load Switch HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED MOSMOS管的主要参数管的主要参数 VDS MOS 的Drain to Source 击穿电压 重要参数
10、 VGS MOS 的Gate to Source 击穿电压 重要参数 ID 此参数由导通阻抗和封装的散热能力决定 通常用户会比较关注 但是不 同厂家的计算方法可能不同 因此不能只看此参数 而是要看封装和导通阻抗 一般情况下相同的封装 导通阻抗接近的产品 即使此参数标注得不一样应用 也不会有问题 只是可能大家的计算方法不同而已 Vgs th 开启电压 超出一定裕量保证MOS比较完全开启 通常用户选型时不 太关注而容易导致出错 特别在替换对手时特别关注 RDS ON 导通阻抗 越小越好 导通阻抗越小代表MOS上的损耗越小 过电 流能力约大 但是成本也越高 开关时间 由工艺和MOS面积决定 a 在D
11、C DC电源的应用中 此参数会比较重要 主要有两点影响 一是速度越 快 效率越高 二是应用时需要预留一定裕量的死区时间防止上下两个开关管 子直通导致短路 在电平转换较高频的应用中 也需要比较快速的开关时间 b 在高速电平转换的应用中 也需要开关时间比较快 HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED ProductConfigurationTyp PackageStatusAplication WNM6001Single NVDS 60V VGS 20V ID 0 5A RDS ON 1 7 SOT 23MP信号开关 WNM2020Single NVDS 20V V
12、GS 6V ID 0 9A RDS ON 0 22 SOT 23MP信号开关 WNM6002Single NVDS 60V VGS 20V ID 0 3A RDS ON 1 7 SOT 323MP信号开关 WNM2021Single NVDS 20V VGS 6V ID 0 89A RDS ON 0 22 SOT 323MP信号开关 WNM3018Single NVDS 30V VGS 20V ID 0 2A RDS ON 1 4 SOT 323MP信号开关 对手2SK3018 WNM4153Single NVDS 20V VGS 6V ID 0 88A RDS ON 0 22 SOT 523
13、MP信号开关 WNM4002Single NVDS 20V VGS 6V ID 0 3A RDS ON 1 4 SOT 523MP信号开关 WNM3019Single NVDS 30V VGS 20V ID 0 2A RDS ON 1 4 SOT 523MP信号开关 对手2SK3019 WNM2030Single NVDS 20V VGS 6V ID 0 95A RDS ON 0 21 SOT 723MP信号开关 WNM2077Single NVDS 20V VGS 10V ID 0 54A RDS ON 0 42 SOT 723MP 信号开关 高速 最高可到1M 对手 RUM002N02 W
14、NM3013Single NVDS 30V VGS 20V ID 0 1A RDS ON 5 0 SOT 723MP信号开关 主推 WNM2046Single NVDS 20V VGS 5V ID 0 55A RDS ON 0 22 DFN1006 3LMP信号开关 WNM2046CSingle NVDS 20V VGS 5V ID 0 55A RDS ON 0 22 DFN1006 3LMP 信号开关 封装高度 0 4mm 适合银 行卡应用 WNM2072Single NVDS 20V VGS 5V ID 0 71A RDS ON 0 22 DFN1006 3LMP信号开关 对手AON160
15、6 WNMD2153Dual NVDS 20V VGS 6V ID 0 89A RDS ON 0 22 SOT 363MP信号开关 WNMD2165Dual NVDS 60V VGS 20V ID 0 32A RDS ON 1 7 SOT 363MP信号开关 WNMD2078Dual NVDS 20V VGS 12V ID 0 56A RDS ON 0 42 SOT 363MP信号开关 WNMD2154Dual NVDS 20V VGS 6V ID 0 88A RDS ON 0 22 SOT 563MP信号开关 WNMD6003Dual NVDS 60V VGS 20V ID 0 3A RDS
16、 ON 1 7 SOT 563MP信号开关 WillSemiWillSemi MOSMOS管产品管产品N MOSFET HK WA CHING ELECTRONIC GROUP LIMITED ProductConfigurationTyp PackageStatusAplication WNM2016Single NVDS 20V VGS 8V ID 3 2A RDS ON 0 040 SOT 23MP负载开关 WNM2024Single NVDS 20V VGS 8V ID 3 9A RDS ON 0 027 SOT 23MP负载开关 WNM3003Single NVDS 30V VGS 20V ID 4A RDS ON 0 043 SOT 23MP负载开关 WNM3008Single NVDS 30V VGS 20V ID 3 1A RDS ON 0 057 SOT 23MP负载开关 WNM4006Single NVDS 45V VGS 20V ID 1 7A RDS ON 0 142 SOT 23MP背光驱动 WNM01N10 WNM01N11 Single N VDS 100
