簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)功率MOSFET的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

金屬氧化物增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)柵極(G)-源極(S)的下拉電阻作用

簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)功率MOSFET的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

功率電路中常用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的MOSFET(還有橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)的MOSFET，但很少用于耐高壓的功率電路中)，如下圖是這種MOSFET的分層結(jié)構(gòu)圖。

從結(jié)構(gòu)圖我們抽象出等效的電路符號(hào)圖 ，其中米勒電容是指在柵極(G)和漏極(D)之間的一個(gè)寄生電容，也稱為反向傳輸電容Crss，就是圖中的(CGD)，反并二極管是內(nèi)部等效晶體三極管的結(jié)果。

初步認(rèn)識(shí)一下這個(gè)器件的幾個(gè)參數(shù) ，可能各個(gè)廠家對(duì)這些參數(shù)的解釋稍有差異，下面是塞米控的參數(shù)說(shuō)明

在實(shí)際中，為了提高器件的性能(如低內(nèi)阻等)，發(fā)展了垂直雙擴(kuò)散增強(qiáng)型MOEFET，也稱為VDMOSFET(Vertical double diffusion enhanced moefet)，如下是結(jié)構(gòu)圖，箭頭表示了它的載流子運(yùn)動(dòng)方向，N溝道當(dāng)然是電子在導(dǎo)電，那么電流方向就和這個(gè)箭頭反向相反了。

傳統(tǒng)的VDMOSFET，你也可以這樣看它的結(jié)構(gòu)， 無(wú)非就是為了耐壓加了個(gè)漂移層 。

面介紹了我們常用的功率MOSFET，下面我們來(lái)說(shuō)開(kāi)頭的問(wèn)題

為什么要在柵極和源極之間并聯(lián)一個(gè)電阻呢?

米勒電容的泄放電流路徑

我們知道，米勒電容的存在，在MOSFET關(guān)斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓由接近零到母線的變化過(guò)程，電壓變化和變化過(guò)程(時(shí)間累積)就是電壓變化率，然而電容就是對(duì)電壓變化發(fā)生作用的器件，電壓在電容兩端變化即產(chǎn)生電流，如下圖

在半橋結(jié)構(gòu)中，上管還會(huì)通過(guò)米勒電容影響下管，就是給你一個(gè)電流充到門極上，如下圖

電壓型驅(qū)動(dòng)的高阻抗器件—MOSFET

我們知道，MOSFET門極是高阻抗器件，前面已經(jīng)看到，在柵極(G)和源極(S)之間是一層二氧化硅(SiO2)，這個(gè)是絕緣體，因此G-S之間就是高阻抗(幾十到幾百兆不等)，所以一旦驅(qū)動(dòng)異常，其中一種情況是通過(guò)米勒電容的電流給G-S充電，小電流高阻抗可能對(duì)應(yīng)著高電壓，柵極電壓被充電超過(guò)門檻電壓會(huì)導(dǎo)致MOSFET重新開(kāi)通，這是十分危險(xiǎn)的。 我們以最簡(jiǎn)單的反激電源驅(qū)動(dòng)為例

如下是一個(gè)反激電源拓?fù)涞腗OSFET驅(qū)動(dòng)，雖然芯片設(shè)計(jì)的時(shí)候已經(jīng)考慮了給米勒電容形成的電流提供一個(gè)回路。

下面這個(gè)圖看著更加清楚，米勒電容電流通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部下拉低阻回路進(jìn)行釋放，避免柵極被充高而誤導(dǎo)通。

布局布線注意事項(xiàng)

這里大家還要注意布線問(wèn)題，盡可能減小門極寄生電感，寄生電感不僅能引起柵極振蕩，同時(shí)還會(huì)影響米勒電容的放電速度。 如下是驅(qū)動(dòng)布線的一種，首先是信號(hào)和功率回路要分明; 其次是驅(qū)動(dòng)回路走線短而粗，回路面積盡可能小，以便減小寄生電感。

在什么情況下下拉電阻顯得尤為重要?

圖中R8是靠近MOSFET的一個(gè)下拉電阻，其實(shí)在驅(qū)動(dòng)內(nèi)部已經(jīng)，但是如果驅(qū)動(dòng)電阻Rg在意外情況下開(kāi)路或沒(méi)有連接，那么這個(gè)下拉電阻R8就可以給米勒電容電流提供泄放路徑，讓MOSFET柵極-源極之間保持低阻抗，從而使得MOSFET始終處于安全狀態(tài)。

下拉電阻對(duì)電荷的泄放路徑

其實(shí)，我們已經(jīng)知道了像MOSFET這種電壓型器件，柵極-源極是高阻抗，為什么說(shuō)它們也是靜電(ESD)敏感器件的原因就在此，高電壓加在門極不易泄放，累積過(guò)程就會(huì)損壞柵極和源極之間的二氧化硅(SiO2)氧化層，器件就失效了，加下拉低阻也可以避免或減輕這一類的問(wèn)題。

這個(gè)電阻要兼顧功耗和實(shí)際泄放效果，在小功率電源(0~500W)選10K~20K，大功率電源一般是4.7K~10K，大家根據(jù)自己實(shí)際選擇。