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1、N沟道增强型MOSFET Notes全称：N-Metal-Oxide-SemiconductorN沟道增强型MOSFET ： 由于这种结构在Vgs=0时，Id=0，称这种MOSFET为增强型区别于P沟道MOS，符号箭头方向是相反的，箭头内指是N沟道的MOS。N-MOS的截面图：D：漏极（drain）S：源极（source）G：栅极（gate）在单个N-MOS封装中，常会有寄生二极管的存在，其位置如图。集成电路中，则没有寄生二极管N-MOS的工作原理特殊参数Vds：漏极和栅极间的电压，MAX值最为有用（耐压）Vgs：栅源电压作为控制电压Vgs(th)：开启电压，刚刚产生导电沟道所需的栅源电压Vg
2、sId：漏极电流，Idm指MOS能带负载最大电流gm：低频跨导，在VDS为某一固定数值的条件下 ，漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压微变量之比称为跨导极间电容：栅源电容CGS 、栅漏电容CGD和漏源电容CDS；CGS和CGD约为13pF，CDS约在0.11pF之间RGS：直流输入电阻，MOS管的RGS可以很容易地超过1kN-MOS的特性：Vgs大于Vgs(th）就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动）工作原理描述（1）Vgs=0，没有导电沟道此时栅源短接，源区，衬底和漏区形成两个背靠背的PN结，无论Vds的极性怎样，其中总有一个PN结是反偏的，所以d,s之间没有形成导电沟道，MOS
3、管处于截止状态。（2）VgsVgs(th)，出现N沟道栅源之间加正向电压 由栅极指向P型衬底的电场 将靠近栅极下方的空穴向下排斥 形成耗尽层再增加Vgs 纵向电场将P区少子（电子）聚集到P区表面 形成源漏极间的N型导电沟道 如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id（3）输出特性曲线MOS的输出特性曲线是指在栅源电压VgsVGS(th）且恒定的情况下，漏极电流id与漏源电压Vds之间的关系，可以分为以下4段：线性区当Vds很小时，沟道就像一个阻值与Vds无关的固定电阻，此时id与Vds成线性关系过渡区随着Vds增大，漏极附近的沟道变薄，沟道电阻增大，曲线逐渐下弯。当Vds增大到Vdsat(饱
4、和漏源电压)时，漏端处可动电子消失，此时沟道被夹断饱和区当VdsVdsat时，沟道夹断点向左移，漏极附近只剩下耗尽区，此时id几乎与Vds无关而保持idsat不变，曲线为水平直线击穿区Vds继续增大到BVds时，漏结发生雪崩击穿，id急剧增大将各曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为可变电阻区，右侧为饱和区。VgsVGS(th）时，称为截止区。（4）转移特性漏源电压Vds一定的条件下，栅源电压Vgs对漏极电流id的控制特性。可根据输出特性曲线作出移特性曲线。例：作Vds=10V的一条转移特性曲线。MOS管的驱动MOS管的模型Ciss=CGD+CGSCoss=CDS+CGDCrss=CGD（1）
5、T0T1：驱动通过RGATE对Cgs充电，电压Vgs以指数的形式上升（2）T1T2：Vgs达到MOSFET开启电压，MOSFET进入线性区，Id缓慢上升，至T2时刻Id到达饱和或是负载最大电流。在此期间漏源极之间依然承受近乎全部电压Vdd。（3）T2T3：T2时刻Id达到饱和并维持稳定值，MOS管工作在饱和区，Vgs固定不变，电压Vds开始下降。此期间Cgs不再消耗电荷，VDD开始给Cgd提供放电电流。（4）T3T4：电压Vds下降到0V，VDD继续给Cgs充电，直至Vgs=VDD，MOSFET完成导通过程。Vgs的各个阶段的时间跨度同栅极消耗电荷成比例（因Q=IGT，而IG在此处为恒流源之输
6、出）。T0T2跨度代表了Ciss（VGS+CGD）所消耗的电荷，对应于器件规格书中提供的参数Qgs(GatetoSourceCharge)。T2T3跨度代表了CGD（或称为米勒电容）消耗的电荷，对应于器件规格书中提供的参数Qds(GatetoDrain(“Miller”)Charge)。T3时刻前消耗的所有电荷就是驱动电压为Vdd、电流为Id的MOSFET所需要完全开通的最少电荷需求量。T3以后消耗的额外电荷并不表示驱动所必须的电荷，只表示驱动电路提供的多余电荷而已。开关损失：在MOSFET导通的过程中，两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，那么这段时间里，MOS管损失的是电
7、压和电流的乘积，称为开关损失。导通损耗：MOS管在导通之后，电流在导通电阻上消耗能量，称为导通损耗。POWERMOSFET驱动保护导通过程中，为防止误导通，G-S间应并一个电阻。关断过程中，为防止关断时误导通，G-S间应提供一个低阻抗回路POWERMOSFET驱动电阻的影响驱动电阻增大，驱动上升变慢，开关过程延长，对EMI有好处，但是开关损耗会增大，因此选择合适的驱动电阻很重要。常见的MOSFET驱动电路不隔离互补驱动电路R为驱动限流电阻，一般用作抑制呈现高阻抗特性的驱动回路可能产生的寄生振荡。隔离驱动电路正激驱动电路N3为去磁绕组，S1为要驱动的功率管。R2为防止功率管栅源电压振荡的一个阻尼
8、电阻。R1为正激变换器的假负载，用于消除关断期间输出电压发生振荡而误导通，并作为MOSFET关断时的能量泄放回路优点：电路简单，并实现了隔离驱动。只需单电源即可提供导通时的正电压及关断时的负电压。占空比固定时，通过合理的参数设计，此驱动电路也具有较快的开关速度。缺点：由于变压器副边需要一个较大的防振荡电阻，该电路消耗比较大。当占空比变化时关断速度变化加大。脉宽较窄时，由于储存的能量减少导致MOSFET关断速度变慢有隔离变压器互补驱动电路该电路比较适用于占空比固定或占空比变化范围不大及占空比小于0.5的场合优点：电路简单可靠，具有电气隔离作用。当脉宽变化时，驱动的关断能力不会随着变化。该电路只需
9、一个电源，隔直电容C的作用在关断时提供一个负压，从而加速了功率管的关断，有较高的抗干扰能力。缺点：输出电压幅值会随着占空比变化而变化。当D较小时，负电压较小，抗干扰能力变差，同时正向电压高，应注意不要超过栅源允许电压；当D大于0.5时，正向电压降低，负电压升高，应注意使其负电压不要超过栅源允许电压。该电路比较适用于大于0.5的场合此时副边绕组负电压值较大，稳压二极管Z2的稳压值为所需的负向电压值，超过部分电压降在电容C2上。其他简单直流驱动电路(1) 比较器阈值控制(2)常用三极管控制MOS管其中，R3的作用是保护作用，防止误导通。关于寄生二极管生产工艺造成的，大功率MOS管漏极从硅片底部引出
10、，就会有这个寄生二极管。每个单独封装的MOS都有寄生二极管。当电路中产生很大的瞬间反向电流时（ESD），就可以通过这个二极管导出，保护了MOS管的D极和S极。如果没有这个二极管，就有可能击穿这个MOS管了。ESD（Electro-Static discharge）静电释放，此时二极管相当于TVS吸收静电保护MOS管。由于MOS管工作频率比较高，所以它的寄生二极管工作频率也要高，就是说它的反向恢复时间很短（Trr)，所以也就相当于一个快恢复二极管了。MOS管的小信号等效模型简单等效模型不考虑二级效应，计算简单方便完整模型考虑了衬底电压VB，r0由沟道长度调制效应引起，gmbVBS由体效应引起 不管怎样的电路，求解输出等效电阻Rout，在用GmRout方法计算是常用方法。
