瞬態(tài)條件和開關模式操作有關的MOSFET特性

在本文中，我們將討論與瞬態(tài)條件和開關模式操作有關的MOSFET特性。

在上一篇有關低頻MOSFET的文章中，我們研究了控制MOSFET穩(wěn)態(tài)工作的參數，例如閾值電壓，導通狀態(tài)電阻和最大漏極電流。這些屬性與所有應用相關，并且，如果您正在設計低頻系統(tǒng)，則它們涵蓋了選擇合適設備所需的大多數信息。

但是，如今，即使在模擬應用中，采用MOSFET作為由相對高頻（通常是脈寬調制）的數字信號控制的開關也是非常普遍的。最好的例子是D類放大器。

盡管輸入信號是模擬信號，而輸出信號是模擬信號，但是使用從完全導通到完全截止的晶體管可以實現放大。開關模式控制比線性控制要有效得多，這使它成為一個有吸引力的選擇，即使最終的電路更復雜且最終的信號受到開關噪聲的負面影響。

暫態(tài)最大值

在上一篇文章中，我們討論了最大連續(xù)漏極電流。此參數具有對應的瞬態(tài)事件規(guī)范。

最大瞬態(tài)漏極電流稱為“脈沖漏極電流”或“峰值漏極電流”。這里涉及一些變量（脈沖寬度，占空比，環(huán)境溫度），因此該規(guī)范不是非常有用。但是，它的確可以使您大致了解設備可以承受的短期電流，在某些情況下，這比穩(wěn)態(tài)極限更為重要（我正在考慮在大電流條件下的應用與直通，浪涌或低占空比PWM相關）。

與在瞬態(tài)事件的情況下避免損壞有關的另一個參數是漏極-源極雪崩能量。該規(guī)范以焦耳為單位給出，但與超過MOSFET的漏源擊穿電壓的電壓有關。這個問題有點復雜，當然不在本文的討論范圍之內。如果您想了解有關雪崩特性的更多信息，我建議您從英飛凌獲取此應用筆記。

該圖取自上述英飛凌應用筆記。

電容值

FET的動態(tài)參數中最突出的是輸入電容，輸出電容和反向傳輸電容。這些與典型的（更直觀地稱為）MOSFET電容密切相關，這些電容稱為柵極-漏極電容（CGD），柵極-源極電容（C GS）和漏極-源極電容（C DS）。

輸入電容（C ISS）是輸入信號即C GD加C GS所看到的電容。

輸出電容（C OSS）是輸出信號看到的電容；在分立FET的情況下，輸出端子為漏極，因此C OSS = C GD + C DS。

反向傳輸電容（C RSS）是漏極和柵極之間的電容，即C RSS = C GD。

輸入電容（與驅動器電路的電阻一起）會影響開關特性，因為更多的輸入電容意味著更多的導通和關斷延遲。當驅動FET導通時，必須為該電容充電，而要關閉器件時，則必須對其放電。

在考慮功耗和開關電路的諧振頻率時，輸出電容會發(fā)揮作用。

反向傳輸電容會影響導通和關斷時間（這并不奇怪，因為它是輸入電容的一部分），但請注意，它形成了一個反饋環(huán)路（因為漏極被視為輸出，而柵極被視為輸入）。反饋路徑中的電容器會受到米勒效應的影響，因此，C RSS影響瞬態(tài)響應的程度大于我們根據標稱電容值的預期。

柵極電荷

事實證明，MOSFET輸入電容并不是評估器件開關特性的最可靠方法，因為電容值受電壓和電流條件的影響。下圖讓您了解了三個電容值如何根據漏極-源極電壓的變化而變化。

摘自NXP / Nexperia發(fā)布的此應用筆記。

該應用筆記還提到了“器件尺寸和跨導”，這些因素使得難以將電容用作選擇一個MOSFET而不是另一個MOSFET的基礎。最好使用柵極電荷規(guī)格；例如：

規(guī)格取自此Vishay數據表。

柵極電荷顯然是評估開關特性的更直接的方法。電荷等于電流乘以時間，因此，如果您知道驅動柵極的器件的輸出電流并且知道FET的柵極電荷規(guī)格，則可以計算出打開器件所需的時間。

開關時間

如果您確實想避免所有計算和理論上的細節(jié)，則可以僅將零件搜索限制在數據手冊中給出開關時間的FET上。查找標有“開啟時間”（或“關閉時間”），“上升時間”（或“下降時間”）和“延遲時間”的規(guī)格。

這種方法當然很簡單，但通常情況下，最簡單的解決方案并不是最可靠的解決方案。這些“預煮”的開關規(guī)格基于特定條件（也許最重要的是柵極驅動電路的電阻），可能與您的預期條件或不同數據手冊中使用的條件不一致。上面提到的NXP / Nexperia應用筆記說，在比較一個制造商的開關時間規(guī)格與另一制造商的開關時間規(guī)格時，“需要格外小心”。

結論

MOSFET的動態(tài)行為并不是特別簡單，但是我希望本文能夠提供足夠的信息，以幫助您更全面地評估不同器件的動態(tài)行為。如果您有任何經驗可以分享有關分立FET的實際瞬態(tài)行為，請隨時在評論中分享您的想法。

原文標題：選擇合適的MOSFET：了解動態(tài)MOSFET參數

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責任編輯：haq