看看牛人是怎样剖析功率MOSFET的

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一、功率MOSFET的正向导通等效电路

(1)等效电路
+ T- J- F7 R- v* J2 a, a  ^

(2)说明：

功率 MOSFET 正向导通时可用一电阻等效，该电阻与温度有关，温度升高，该电阻变大;它还与门极驱动电压的大小有关，驱动电压升高，该电阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。

二、功率MOSFET的反向导通等效电路(1)
' ~9 _: ?: e+ P  \- l

(1)等效电路(门极不加控制)

(2)说明：

即内部二极管的等效电路，可用一电压降等效，此二极管为MOSFET 的体二极管，多数情况下，因其特性很差，要避免使用。

三、功率MOSFET的反向导通等效电路(2)

(1)等效电路(门极加控制)

(2)说明：

功率 MOSFET 在门级控制下的反向导通，也可用一电阻等效，该电阻与温度有关，温度升高，该电阻变大;它还与门极驱动电压的大小有关，驱动电压升高，该电阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。此工作状态称为MOSFET 的同步整流工作，是低压大电流输出开关电源中非常重要的一种工作状态。

四、功率MOSFET的正向截止等效电路
, s6 Z: f/ [' n9 {5 |

(1)等效电路
( Y% J7 v, j. a9 M7 f6 y, N! u

(2)说明：

功率 MOSFET 正向截止时可用一电容等效，其容量与所加的正向电压、环境温度等有关，大小可从制造商的手册中获得。

五、功率MOSFET的稳态特性总结

(1)功率MOSFET 稳态时的电流/电压曲线

(2)说明：

功率 MOSFET 正向饱和导通时的稳态工作点：

当门极不加控制时，其反向导通的稳态工作点同二极管。

(3)稳态特性总结：
$ a1 v9 A# g) o3 ?& c: r●门极与源极间的电压Vgs 控制器件的导通状态;当VgsVth时，器件处于导通状态;器件的通态电阻与Vgs有关，Vgs大，通态电阻小;多数器件的Vgs为 12V-15V ，额定值为+-30V;●器件的漏极电流额定是用它的有效值或平均值来标称的;只要实际的漏极电流有效值没有超过其额定值，保证散热没问题，则器件就是安全的;
●器件的通态电阻呈正温度系数，故原理上很容易并联扩容，但实际并联时，还要考虑驱动的对称性和动态均流问题;
) ~9 ~3 W/ B7 n, j% h; m) s7 f# c●目前的 Logic-Level的功率 MOSFET，其Vgs只要 5V，便可保证漏源通态电阻很小;
●器件的同步整流工作状态已变得愈来愈广泛，原因是它的通态电阻非常小(目前最小的为2-4 毫欧)，在低压大电流输出的DC/DC 中已是最关键的器件;

六、包含寄生参数的功率MOSFET等效电路
: {7 `2 T# m6 q$ g5 ^& u( p3 ?

(1)等效电路
3 M3 ^0 H% L. h1 N. o* I7 N- Y

(2)说明：

实际的功率MOSFET 可用三个结电容，三个沟道电阻，和一个内部二极管及一个理想MOSFET 来等效。三个结电容均与结电压的大小有关，而门极的沟道电阻一般很小，漏极和源极的两个沟道电阻之和即为MOSFET 饱和时的通态电阻。

七、功率MOSFET的开通和关断过程原理
( s& R  p- L1 C6 W

(1)开通和关断过程实验电路

(2)MOSFET 的电压和电流波形：
2 V' p! C0 h4 t% {

: q* b% E% J" G9 ~- j/ k! d

(3)开关过程原理：

开通过程[ t0 ~ t4 ]：
●在 t0 前，MOSFET 工作于截止状态，t0 时，MOSFET 被驱动开通;●[t0-t1]区间，MOSFET 的GS 电压经Vgg 对Cgs充电而上升，在t1时刻，到达维持电压Vth，MOSFET 开始导电;
9 i7 G; O$ G- D: ~9 D●[t1-t2]区间，MOSFET 的DS 电流增加，Millier 电容在该区间内因DS 电容的放电而放电，对GS 电容的充电影响不大;
: p; a' f* r- O4 j- k, _, T4 V1 d●[t2-t3]区间，至t2 时刻，MOSFET 的DS 电压降至与Vgs 相同的电压，Millier 电容大大增加，外部驱动电压对Millier 电容进行充电，GS 电容的电压不变，Millier 电容上电压增加，而DS电容上的电压继续减小;
●[t3-t4]区间，至t3 时刻，MOSFET 的DS 电压降至饱和导通时的电压，Millier 电容变小并和GS 电容一起由外部驱动电压充电，GS 电容的电压上升，至t4 时刻为止。此时GS 电容电压已达稳态，DS 电压也达最小，即稳定的通态压降。
关断过程[ t5 ~t9 ]：
●在 t5 前，MOSFET 工作于导通状态， t5 时，MOSFET 被驱动关断;●[t5-t6]区间，MOSFET 的Cgs 电压经驱动电路电阻放电而下降，在t6 时刻，MOSFET 的通态电阻微微上升，DS 电压梢稍增加，但DS 电流不变;
●[t6-t7]区间，在t6 时刻，MOSFET 的Millier 电容又变得很大，故GS 电容的电压不变，放电电流流过Millier 电容，使DS 电压继续增加;
●[t7-t8]区间，至t7 时刻，MOSFET 的DS 电压升至与Vgs 相同的电压，Millier 电容迅速减小，GS 电容开始继续放电，此时DS 电容上的电压迅速上升，DS 电流则迅速下降;
! _3 P! D% }1 r4 d3 H+ U8 ~●[t8-t9]区间，至t8 时刻，GS 电容已放电至Vth，MOSFET 完全关断;该区间内GS 电容继续放电直至零。
: k: D/ U5 c' K3 w) W

八、因二极管反向恢复引起的MOSFET开关波形

(1)实验电路
6 r! y7 A7 L5 O* n0 ^

(2)因二极管反向恢复引起的MOSFET 开关波形：

九、功率MOSFET的功率损耗公式

(1)导通损耗：

该公式对控制整流和同步整流均适用

6 Y% w; \. n& S/ H$ `0 x

该公式在体二极管导通时适用

(2)容性开通和感性关断损耗：
  k; y: K5 J+ n- A5 T0 g: d

为MOSFET 器件与二极管回路中的所有分布电感只和。一般也可将这个损耗看成器件的感性关断损耗。

(3)开关损耗：
2 {; \& e7 E2 O  a开通损耗：
2 i5 M) ]8 L8 \7 c$ F& d

考虑二极管反向恢复后：

关断损耗：

驱动损耗：

十、功率MOSFET的选择原则与步骤

(1)选择原则
3 e+ }8 e  H, L* q) [(A)根据电源规格，合理选择MOSFET 器件(见下表)：
(B)选择时，如工作电流较大，则在相同的器件额定参数下，●应尽可能选择正向导通电阻小的 MOSFET;
( Z3 K: G% W4 k2 d) t●应尽可能选择结电容小的 MOSFET。

4 s. r! R) E+ L

(2)选择步骤

(A)根据电源规格，计算所选变换器中MOSFET 的稳态参数：
. F1 T8 Q. w: j9 [% g. A●正向阻断电压最大值;●最大的正向电流有效值;(B)从器件商的DATASHEET 中选择合适的MOSFET，可多选一些以便实验时比较;
. F. c4 W, m7 ?7 w3 d% f% |(C)从所选的MOSFET 的其它参数，如正向通态电阻，结电容等等，估算其工作时的最大损耗，与其它元器件的损耗一起，估算变换器的效率;
(D)由实验选择最终的MOSFET 器件。
% e9 `0 R6 \- D+ b6 e2 N% G

十一、理想开关的基本要求

(1)符号

(2)要求

(A)稳态要求：
合上 K 后
/ ^# e: |4 ~$ B4 s7 y●开关两端的电压为零;●开关中的电流有外部电路决定;●开关电流的方向可正可负;●开关电流的容量无限。断开 K 后
1 z+ s8 ~* B1 V! ~●开关两端承受的电压可正可负;●开关中的电流为零;●开关两端的电压有外部电路决定;●开关两端承受的电压容量无限。(B)动态要求：
K 的开通
4 e0 p5 `( K3 U8 T- |●控制开通的信号功率为零;●开通过程的时间为零。K 的关断
, z% h" k& L2 k" t3 ]% V●控制关断的信号功率为零;●关断过程的时间为零。(3)波形

& o8 @2 q: \+ U0 k& W

其中：H：控制高电平;L：控制低电平

●Ion 可正可负，其值有外部电路定;●Voff 可正可负，其值有外部电路定。

十二、用电子开关实现理想开关的限制
  M  i7 z( d1 Y# g

(1)电子开关的电压和电流方向有限制
  S. ^- a! k/ |. T(2)电子开关的稳态开关特性有限制
4 {3 O6 b# G! G9 R●导通时有电压降;(正向压降，通态电阻等)●截止时有漏电流;●最大的通态电流有限制;●最大的阻断电压有限制;●控制信号有功率要求，等等。(3)电子开关的动态开关特性有限制
2 v; q8 {1 y0 h; x●开通有一个过程，其长短与控制信号及器件内部结构有关;●关断有一个过程，其长短与控制信号及器件内部结构有关;●最高开关频率有限制。目前作为开关的电子器件非常多。在开关电源中，用得最多的是二极管、MOSFET、IGBT 等，以及它们的组合。

十三、电子开关的四种结构
9 Y8 G/ P) S( S$ R, Z

(1)
5 j- o1 d2 M' S  z8 C- a

(2)

(3)

(4)

6 X+ @" @; J: A0 q

十四、开关器件的分类

(1)按制作材料分类：
$ g  D! I5 l  o7 h/ u/ w, F●(Si)功率器件;●(Ga)功率器件;●(GaAs)功率器件;●(SiC)功率器件;●(GaN)功率器件;●(Diamond)功率器件;(2)按是否可控分类：
●完全不控器件：如二极管器件;●可控制开通，但不能控制关断：如普通可控硅器件;●全控开关器件●电压型控制器件：如MOSFET，IGBT，IGT/COMFET ，SIT 等;●电流型控制期间：如GTR，GTO 等(3)按工作频率分类：
7 s5 I* @9 Y/ y0 o3 J" S●低频功率器件：如可控硅，普通二极管等;●中频功率器件：如GTR，IGBT，IGT/COMFET;●高频功率器件：如MOSFET，快恢复二极管，萧特基二极管，SIT等(4)按额定可实现的最大容量分类：
●小功率器件：如MOSFET●中功率器件：如IGBT●大功率器件：如GTO(5)：按导电载波的粒子分类：
0 \+ p8 y+ |' G- a9 o●多子器件：如MOSFET，萧特基，SIT,JFET 等●少子器件：如IGBT，GTR，GTO，快恢复，等

十五、不同开关器件的比较
: f( u# c3 Z1 n( U0 }8 @7 z4 Q

(1)几种可关断器件的功率处理能力比较

(2)

上面的数据会随器件的发展而不断变化，仅供参考。

( x7 J' A. ]3 I, c8 R/ i2 l

rongroketorl

资料很有价值。