MOSFET原理詳解與參數(shù)測(cè)試（2）

4、Rdson是個(gè)什么東東？

Rds(ON)是MOSFET工作（啟動(dòng)）時(shí)，漏極D和源極S之間的電阻值。在上文中我們介紹了MOSFET在導(dǎo)通后，Rds(ON)的值不是一成不變的，主要取決于VGS的值。Rds(ON)的值一般都是在mΩ級(jí)別，當(dāng)MOSFET電流達(dá)到最大時(shí)，則Rdson必然是最小的。對(duì)于MOSFET來(lái)說(shuō)，Rdson越小，價(jià)格也就越貴。

即使Rds(ON)的值很小，但是如果MOSFET上流過(guò)的id電流很大，那么必然在MOSFET上產(chǎn)生損耗，我們稱這個(gè)損耗為導(dǎo)通損耗。

我們看到，MOSFET的D-S之間有一個(gè)二極管，我們把這個(gè)二極管稱為MOSFET的體二極管。假設(shè)正向：由D指向S，那么體二極管的方向是跟正向相反的，而且這個(gè)體二極管正向不導(dǎo)通，反向會(huì)導(dǎo)通。所以這個(gè)體二極管和普通二極管一樣，也有鉗位電壓，實(shí)際鉗位電壓跟體二極管上流過(guò)的電流是有關(guān)系的，體二極管上流過(guò)的電流越大，則鉗位電壓越高，這是因?yàn)轶w二極管本身有內(nèi)阻。有內(nèi)阻必然也會(huì)產(chǎn)生損耗，我們把體二極管的功耗稱之為續(xù)流損耗。

Rds(ON)有兩個(gè)重要的特性：

① Rds(ON)與VGS的關(guān)系，隨著VGS的增大，Rds(ON)逐漸減小。

② Rds(ON)與溫度的關(guān)系，溫度越高，Rds(ON)越大。溫度特性會(huì)嚴(yán)重影響器件的工作特性，導(dǎo)致產(chǎn)品運(yùn)行不穩(wěn)定。

注釋?zhuān)篟ds(ON)應(yīng)該怎么測(cè)？

Rds(ON)的測(cè)試非常簡(jiǎn)單，就是使用歐姆定律關(guān)系。在datasheet中也定義了Rds(ON)的測(cè)試要求：

① VGS電壓，因此需要有一臺(tái)電源提供MOSFET的開(kāi)啟電壓

② ID電流，要求在D-S有電流，因此就需要電源和負(fù)載來(lái)產(chǎn)生回路電流。

測(cè)試設(shè)備 ：直流電源*2；高精度電子負(fù)載；萬(wàn)用表

測(cè)試步驟： 測(cè)試方法參考下圖，使用直流電源1給G-S端供電，設(shè)置VGS電壓。在D-S端串入直流電源2和負(fù)載，設(shè)置負(fù)載恒流模式和負(fù)載拉載值id，設(shè)置電源2電壓。同時(shí)使用萬(wàn)用表測(cè)試D-S端電壓。

環(huán)境搭建完成后，啟動(dòng)電源1、電源2、電子負(fù)載，記錄此時(shí)的萬(wàn)用表電壓即為V DS 。根據(jù)歐姆定律：Rds(ON)= V DS /id

注意事項(xiàng)：

① 電源1的設(shè)置電壓一定要按照datasheet要求進(jìn)行設(shè)置，保障mos處于打開(kāi)狀態(tài)

② 電源2的電壓不要設(shè)置太高，不要超過(guò)VDS的最高承受電壓。

5、MOSFET那些亂七八糟的寄生電容

如下圖所示，是我們等效出來(lái)的MOSFET里面的寄生電容模型

5、1 Cgs電容

Cgs： 柵極和源極之間的等效電容。實(shí)際上控制電壓輸出后，就開(kāi)始給電容Cgs開(kāi)始充電，GS電容充電過(guò)程分三個(gè)階段：

① 上電瞬間電容等效成短路，GS電容的內(nèi)阻為0，幾乎所有的電流，都從電容上走；

② GS電容沒(méi)有充滿的情況下，電流分別從電阻及電容流過(guò)，但主要的電流依舊從電容走；

③ 電容充滿了，電流不從電容走，只有很小的電流從電阻走。

注釋1：MOSFET的GS之間的下拉電阻

通常我們?cè)诓榭措娐穲D時(shí)，注意到在MOSFET的GS之間會(huì)并接一個(gè)電阻，這個(gè)電阻的主要作用有：

① 給mos管的cgs電容提供放電回路，確保MOSFET就只有兩態(tài)，不是高就是低。

② 提供固定偏置，在前級(jí)開(kāi)路時(shí)，這個(gè)電阻確保MOS有效的關(guān)斷。假設(shè)控制信號(hào)的前級(jí)開(kāi)路，此時(shí)D極上提供一個(gè)很高的電壓，通過(guò)電容Cgd給電容Cgs進(jìn)行充電，導(dǎo)致管子誤導(dǎo)通，燒毀mos管

③ 有效防止雷擊、靜電損壞MOS。

綜上GS下拉電阻范圍10K~100K，原則上講，高壓系統(tǒng)可以取大一些，低壓系統(tǒng)可以取小一些。正常情況下，建議大家取10K、18K、20K。（三極管的下拉電阻推薦為2k）

5、2 Cgd電容

Cgd：柵極和漏極之間的等效電容。這個(gè)電容也稱為米勒電容，臭名昭著的“米勒效應(yīng)”也因此產(chǎn)生。米勒效應(yīng)，實(shí)際上是有一個(gè)固有的轉(zhuǎn)移特性：柵極的電壓Vgs和漏極的電流Id保持一個(gè)比例關(guān)系。

產(chǎn)生的問(wèn)題 ：因?yàn)槊桌针娙莸挠绊懀斐蒻os管不能很快的進(jìn)行開(kāi)通和關(guān)斷，中間有一段延遲時(shí)間。通過(guò)示波器測(cè)量VGS電壓波形，會(huì)發(fā)現(xiàn)VGS波形在上升期間有一段平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)又稱為米勒平臺(tái)。（下圖加粗線表示）

米勒平臺(tái)大家首先想到的麻煩就是米勒振蕩。（即，柵極先給Cgs充電，到達(dá)一定平臺(tái)后再給Cgd充電）因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候源級(jí)和漏級(jí)間電壓迅速變化，內(nèi)部電容相應(yīng)迅速充放電，這些電流脈沖會(huì)導(dǎo)致mos寄生電感產(chǎn)生很大感抗，這里面就有電容，電感，電阻組成震蕩電路，造成MOS誤導(dǎo)通、燒毀、等問(wèn)題.

產(chǎn)生問(wèn)題的原因：

通過(guò)上圖我們分析，在t0-t1這段時(shí)間內(nèi)，VGS一開(kāi)始隨著柵極電荷的增加而增加，開(kāi)始給Cgs充電，當(dāng)電容達(dá)到門(mén)檻電壓后，V GS =VGSth后，MOS開(kāi)始進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。

在t1-t2這段時(shí)間內(nèi)，MOS開(kāi)始導(dǎo)通，此時(shí)的id就已經(jīng)開(kāi)始有電流，但是電流很小。此時(shí)的D極電壓比G極電壓高，電容Cgd是上正下負(fù)。

然后Vgs電壓繼續(xù)上升，Id也會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)上升到米勒平臺(tái)電壓Va的時(shí)候， 就會(huì)發(fā)生固有轉(zhuǎn)移特性（Vgs不變，id也保持不變） 。

在t2-t3這段時(shí)間內(nèi)，雖然柵極電荷繼續(xù)增加，但是柵極電荷也有了另外一條通路（下圖紫色標(biāo)注通路），柵極電荷這個(gè)時(shí)間大部分用來(lái)給電容Cgd進(jìn)行充電，導(dǎo)致VGS電壓不在增加。此時(shí)的Cgd極性與漏極充電相反，即下正上負(fù)，因此也可理解為對(duì)Cgd反向放電，最終使得Vgd電壓由負(fù)變正，結(jié)束米勒平臺(tái)進(jìn)入可變電阻區(qū)。米勒平臺(tái)時(shí)間內(nèi)，Vds開(kāi)始下降，米勒平臺(tái)的持續(xù)時(shí)間即為Vds電壓從最大值下降到最小值的時(shí)間。

通過(guò)上圖我們可以分析在米勒平臺(tái)的這段時(shí)間內(nèi)，VGS 和id都是保持不變的，VDS從最大值降到了最小值。所以剛進(jìn)入米勒平臺(tái)時(shí)，在MOS管上產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗非常的大。我們假設(shè)VDS電壓從12V減低到了0.5V,id=10A保持不變，可以計(jì)算導(dǎo)通功耗也從 120W變?yōu)?W，這個(gè)功率的變化時(shí)很大的，如果開(kāi)通時(shí)間慢，意味著發(fā)熱從120w到5w過(guò)渡的慢，mos結(jié)溫會(huì)升高的厲害。所以開(kāi)關(guān)越慢，結(jié)溫越高，容易燒mos。

解決措施： GS極加電容，減慢mos管導(dǎo)通時(shí)間，有助于減小米勒振蕩。防止mos管燒毀。過(guò)快的充電會(huì)導(dǎo)致激烈的米勒震蕩，但過(guò)慢的充電雖減小了震蕩，但會(huì)延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)從而增加開(kāi)關(guān)損耗。

5、3 Cds電容

Cds電容：源極和漏極之間的等效電容。

5、4 上述電容之間的關(guān)系

上面是MOSFET的等效模型，但是在MOSFET中是真實(shí)存在的，在datasheet·中我們看到的參數(shù)是這么表述的，具體關(guān)系如下：

Ciss 輸入電容：Ciss = Cgd + Cgs

Coss 輸出電容：Coss = Cgd + Cds

Crss 米勒電容：Crss = Cgd

6、MOS管的損耗有多少？

在之前的文章中我們介紹了Rdson造成的導(dǎo)通損耗，以及體二極管的續(xù)流損耗，此外主要還有開(kāi)關(guān)損耗和柵極驅(qū)動(dòng)損耗。