MOSFET的常用作用——隔离。

电子电容全能解 2023-12-27 11:16:19

如果我们想实现线路上电流的单向流通,比如只让电流由A->B,阻止由B->A,请问可以怎么做?

方法一:加入一个二极管

但加入二极管会带来接近0.7V左右的压降,在一些通过大电流电路中会引起较大的功耗,这是不允许的。那么能不能用MOSFET来实现这个功能呢?

方法二:加入MOS管

所谓的MOS管的隔离作用,其实质也就是实现电路的单向导通,它就相当于一个二极管。那在实际电路中是如何实现的呢?其实,这就是许多电路中设计的MOS管防反接电路。

PMOS管防反接电路:

为了降低二极管的正向压降,可以将二极管替换为 P 沟道 MOSFET,并使其体二极管与常规二极管的方向相同。如上图所示:在正常工作期间,MOSFET 的体二极管将被正向偏置,并导通很短的时间,直到栅极电压被拉至源极以下时会将 MOSFET 导通。当电源极性反转时,栅源电压变为正电压,并将 MOSFET 关断,从而保护下游电路免受负电压的影响。

G 极增加了电阻分压和稳压二极管一方面是为了保证 G 极和 S 极之间的压差,让 MOSFET 管能保持稳定打开状态。另一方面稳压二极管可以保护 MOSFET 的栅源极不被过压损坏。 后面讲MOS管参数的时候,在分析MOS管在什么情况下会导致损坏。

当然也可以用NMOS管来实现,但都需要注意体二极管的方向一定与正确电流方向一致。

用MOS管防反接的优点是:

1)导通几乎没有压降,导通功耗小,适用于大功耗负载电路;

2)缺点当然是成本高,电路复杂一些;

MOS管防反接设计小结:

1)无论NMOS,还是PMOS管,MOS管的接法是要保证体二极管方向与电流单向导通方向一致,也就是保持正向导通。这一点与MOS管用于开关的接法是相反的,MOS管用于开关作用,体二极管是反向截止的。

2)PMOS管是设计在电源正级回路上的,NMOS管是设计在电源负级回路上的。

极限参数:

Vdss=-40V,和二极管类似,可以简单认为是PMOS的体二极管的反向最大耐压。

Vgss=±20V,这个值是一个闭区间,-20V~+20V,也就是不能太大,也不能太小。也正是这个原因,上面用PMOS管的防反接电路要接一个稳压二极管,以保护Vgs电压在一个合理范围内,避免引起MOS管的Vgs超出范围导致管子损坏。

Id:漏极最大直流电流,33A;

Idp:最大脉冲电流100A;

PD:耗散功率48W;

Tj,Tstg:结温和存储温度:-55~+175°;

电气参数:

电气参数中包含静态参数和动态参数:

上图画圈的是重点关注的参数,除了Vdss,就是开启门限电压Vgs,这个值表示Vgs需要达到这个电压范围,才开始将漏极和源极导通,测试条件是Vds=-10V,Id有1mA就表示开始导通。

RDS(on)表示MOS的导通电阻,一般来说导通电阻越小越好,其决定MOS的导通损耗,导通电阻越大损耗越大,MOS温升也越高,在大功率电源中,导通损耗会占MOS整个损耗中较大的比例。

gfs 表示正向跨导,反映的是栅极电压对漏源电流控制的能力,gfs过小会导致MOSFET关断速度降低,关断能力减弱,过大会导致关断过快,EMI特性差,同时伴随关断时漏源会产生更大的关断电压尖峰。

Ciss 表示输入电容,Ciss=Cgs+Cgd,该参数会影响MOS的开关时间,该值越大,同样驱动能力下,开通及关断时间就越慢,开关损耗也就越大。

Coss 表示输出电容,Coss=Cds+Cgd;Crss表示反向传输电容,Crss=Cgd(米勒电容)。这两项参数对MOSFET关断时间略有影响,其中Cgd会影响到漏极有异常高电压时,传输到MOSFET栅极电压能量的大小,会对雷击测试项目有一定影响。

Qg、Qgs、Qgd、td(on)、tr、td(off)、tf 这些参数都是与时间相互关联的参数。开关速度越快对应的优点是开关损耗越小,效率高,温升低,对应的缺点是EMI特性差,MOSFET关断尖峰过高。

可以看到,MOS管的相关参数其实有很多,其实,在一般应用中,我们主要考虑漏源击穿电压VDS、持续漏极电流ID、导通电阻RDS(ON)、最大耗散功率PD、开启电压VGS(th),开关时间,工作温度范围等参数就可以了。

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