电子器件-MOS管参数和选型

tick_tock

1.MOS管基础知识
1.1 怎么判断MOS管的三个极

# Q( l+ F5 d! b) F& p7 `: M# D- ~
3 r$ s8 K+ V' C, O9 Z
G：栅极，中间极
4 n" E% {, z3 B$ w0 I! E$ mS：源极，两根线交叉在一起
D：漏极，剩下的一级，单独引线
1.2 怎么判断MOS管是NMOS还是PMOS

9 ~2 u7 O' V. B# M& A! G9 H% g
: A& B/ ]& u3 ]NMOS：箭头指向G
PMOS：箭头远离G
1.3 MOS管寄生二极管方向如何判定
& F6 W0 Z( V$ I8 z# c
寄生二极管又称为体二极管。在S和D之间。

3 t: d6 O7 T4 S# S7 y# p
寄生二极管方向判定规则是：N沟道由S极指向D极，P沟道由D极指向S极。

$ z4 T& r% e8 B+ p% F2 {一个简单的识别方法是：不管是N沟道还是P沟道MOS管，中间衬底箭头方向和寄生二极管的方向总是一致的，要么都从S指向D，要么都从D指向S。
2.MOS管的作用
5 s6 C# k% j+ N9 O
" \' R: G1 a! j* N6 h' z+ Z7 ?MOS管主要由两个作用：开关、隔离、可调电阻。
2.1 开关作用
2.1.1 高低电平切换


/ N! `4 n7 l$ V- u. g# A
$ p, b. m$ O, }( ^1 }2.1.2 电压通断


' s3 P8 ]+ I8 ^  D1 h" _5 @( F左边是Vi，输入电压为1.5V，电路通过控制三极管的栅极控制右边输出电压Vo的大小，如果由单片机控制：

* b' j0 D6 s2 R9 Y0 _9 P* V如果VG=1，那么右边输出Vo=1.5V，
如果VG=0，那么右边输出Vo=0V。
" L3 Y+ A  H% N# f, ]* U1 K2.1.3 buck电路


5 I3 A. B8 g4 J) O5 }0 K8 n9 e后续章节笔记会再介绍。
2.1.4 做开关时MOS管在电路中的连接方法

- q. D6 N2 j0 D' u4 c) n! ^确定问题：
哪一个极接输入端？
哪一个极接输出端？
3 i5 {7 T2 z+ OMOS管导通控制电平是高电平还是低电平？
MOS管截止控制电平是高电平还是低电平？

' f8 y5 d( C) P输入和输出端的确定：

9 K/ C, w/ f$ S9 L
1 K& d1 f  y% I$ ]0 H0 o: b1 B0 A
最重要的看寄生二极管的方向！

8 c7 R8 o( i; x: {2 k: D% s; H控制极栅极电压的确定：
" u" T: G2 N  z  z. e不管是NMOS还是PMOS，都是用G极电压和S极电压作比较。
* I4 Y5 b* z, l$ i: ~
NMOS：UG>US导通，简单认为UG=US截止
PMOS：UG<US导通，简单认为UG=US截止
' D+ z5 I/ W  z' J$ I1 J1 Y9 ?
6 U+ U0 i# `9 K0 j( `: LUG比US大多少饱和导通呢？

不同的MOS管压差不同：

( d5 S0 b+ B5 m5 {2 p8 c* H) \在笔记本主板上用到的NMOS可简单分作两大类：

信号切换用MOS管：UG比Us大3V–5V即可，实际上只要导通即可，不必须饱和导通。比如常见的：
. h, A' o3 k- N6 v& ^
    2N7002,2N7002E,2N7002K,2N7002D,FDV301N。
/ U/ m/ J4 n5 d) w   
6 H! g6 [7 a, g/ n
电压通断用MOS管：UG比Us应大于10V以上，而且开通寸必须工作在饱和导通状态常见的有：

    AOL1448,AOL1428A,AON7406,AON7702,MDV1660,
2 {9 M, E7 k1 D( a    AON6428L,AON6718L,AO4496,AO4712,AO6402A,AO3404,SI3456D1
' I) |1 p. ^! E: ]9 k. }    MDS1660URH,MDS2662URH,RJK0392DPA,RJK03B9DP.
   

. h1 b4 |6 @3 W; l/ d5 m1 V5 \PMOS和NMOS条件刚好相反。

连接的时候要注意因为有开关作用，电流的方向不能顺着寄生二极管的方向，不然直接就导通了，没有了开关的作用。
2.2 隔离作用

如果想实现线路上电流的单向流通，比如只让电流从A→B，阻止B→A，应该怎么做。
$ k+ z+ v7 N( i
# n# y. Q* ?/ u4 a& ?方法1：加一个二极管：防反接，但是二极管有管压降，像普通二极管1N4007为0.7V，肖特基二极管1N5819是0.3V，两端电压有压差
5 s0 B! ]. ^5 @4 g7 U* g( m' }
5 ?6 E' V2 u: l) H% j方法2：使用一个MOS管，相当是利用了MOS管内部的寄生二极管。在笔记本主板中使用PMOS隔离管常见。
2 n* A8 Q* W/ I" k' f
2.3 常用MOS管推荐
" U% o  R7 G' q8 m
    IRLR7843 TRPBF T0-252-3N沟道30V/161A贴片MOSFET
; V& _8 G, o! S! w    （智能车比赛老师推荐）
    IRF540
    IRF640
* ^9 p' X& d( q, E+ P    IRF840
    SI2301
    SI2302
    2N7002
3 T; H9 ~. v& i5 E  s  z6 z8 w' j
" r. ~: n: n5 {1 K. x3.MOS管的参数
* H, C* F! @# c0 O! L" O. ~3.1 VDSS最大漏-源电压
0 k) D: A3 A& h: q
在栅源短接，漏-源额定电压(VDSS)是指漏-源未发生雪崩击穿前所能施加的最大电压。根据温度的不同，实际雪崩击穿电压可能低于额定VDSS。设计打个5-8折。
% g( A, B: A6 ^5 {3.2 VGS最大栅源电压

; D1 m% V7 I4 N. U" l; F4 LVGS额定电压是栅源两极间可以施加的最大电压。设定该额定电压的主要目的是防止电压过高导致的栅氧化层损伤。可以考虑用稳压二极管或者TVS（单向稳态二极管）、TS（双向稳态二极管）进行保护。
& R- [( L0 s* y8 h3.3 ID-连续漏电流

ID定义为芯片在最大额定结温TJ(max)下，管表面温度在25℃或者吏高温度下，可允许的最大连续直流电流。设计打个5-8折。
3.4 VGS(th)
7 {7 S, t) c0 T7 }  U' A* B5 y
VGS(th)是指加的栅源电压能使漏极开始有电流，或关断MOSFET时电流消失时的电压，测试的条件（漏极电流，漏源电压，结温）也是有规格的。正常情况下，所有的MOS栅极器件的阈值电压都会有所不同。因此，VGS(th)的变化范围是规定好的。VGS(th)是负温度系数当温度上升时，MOSFET将会在比较低的栅源电压下开启。
3.5 RDS(on):导通电阻

/ ^/ ^7 f9 j/ n4 u) i8 d, K2 `RDS(on)是指在特定的漏电流（通常为D电流的一半）、栅源电压和25℃的情况下测得的漏-源电阻。应该越小越好，产生的功耗也越小，减小MOS管发热，提高效率。实际也可以进行并联，降低导通电阻。VGS(on)越大，RDS(on)就越小，一般VGS(on)小于等于10-20V，视情况而定。
3.6 Ciss:输入电容
! [7 j; A# O7 C; i( v& s
将漏源短接，用交流信号测得的栅极和源极之间的电容就是输入电容。Ciss是由栅漏电容Cgd和栅源电容Cgs并联而成，或者Ciss=Cgs+Cgd。当输入电容充电致阈值电压时器件才能开启，放电致一定值时器件才可以关断。因此驱动电路和Css对器件的开启和关断延时有着直接的影响。越小越好
3.7 Qgs,Qgd,和Qg:栅电荷栅电荷值反应存储在端子间电容上的电荷

, `/ X2 Y+ A1 U) d+ o( V既然开关的瞬间，电容上的电荷随电压的变化而变化，所以设计栅驱动电路时经常要考虑栅电荷的影响。栅极电荷Qg是产生开关损耗的主要原，越小越好因。栅极电荷是MOS管门极允放电所需的能量，相同电流、电压规格的MOSFET,具有比较大的栅极电荷意味着在MOS开关过程中会损耗更多的能量。所以，为了尽可能降低MOS管的开关损耗，工程师在电源设计过程中需要选择同等规格下Qg更低的MOS管作为主功率开关管。
4.其他

- W( j' T  z0 [* [- f& A在做开关电源时要兼顾效率，考虑两个损耗：导通损耗和开关损耗，减小导通损耗选用Rds(on)更小的MOS管，减小开关损耗选用Qg更小的MOS管。

9 l0 [0 r# j! z

VIC56

常用于信号开关、功率开关、电平转换等用途。
0 v! g! A/ f! @: B+ Q3 ~; {MOSFET的型号多，应用面广，所以MOSFET的选型需要考虑的因素也比较多，许多工程师在选型时感觉无从下手。

STGing

选型第一步，是要确定要用P沟道MOSFET还是N沟道MOSFET，这两种类型的MOSFET驱动电压是完全不同的。