MOS管的導通條件和MOS驅(qū)動電流計算

**1. 關于MOS管的極限參數(shù)說明：**

在以上圖中，我們需要持續(xù)關注的參數(shù)主要有：

a. **ID（持續(xù)漏極電流）**：該參數(shù)含義是mos可以持續(xù)承受的電流值，在設計中，產(chǎn)品的實際通過電流值應遠小于該值，至少應小于1/3以下，例：該mos管的使用持續(xù)電流應小于50A。

b. **PD（mos管的最大耗散功率）**：該參數(shù)是指設計中，實際通過mos管的電流與漏源兩端的電壓差值乘積，不應大于該值。 所以該值的很大程度取決于mos管中實際流過的電流值。

c. **Vgs（柵源電壓范圍）**：該值表示在mos管的實際開啟關閉中，GS間所能承受的最大電壓范圍。

d. **VDSS（漏源間可承受的最大電壓差值）**：該值一般我們看最小電壓值，在實際設計中mos管DS端的電壓差值也應遠小于該值，并留有較大余量。（例如該mos管為75V，那么實際設計可承受的電壓值應小于40V）。

**2. 關于mos管開啟電壓參數(shù)說明：**

一般在datasheet中，我們一般都只僅僅關注了兩個參數(shù)值，如下圖中參數(shù)：

我們許多初級的設計師，在使用mos管一般就會僅僅只關注這兩個參數(shù)，即Vgs max與vgs th。

vgs max在上面參數(shù)中，我們已有說明。

這里我們重點說明下**vgs th**這個參數(shù)：

在該mos管中，該值的范圍為2v~4v之間，mos工作在放大區(qū)域。 即mos管的導通溝道沒有完全形成，這時的mos管是極其脆弱的。如果此時我們在mos管DS間設計大的電壓，就可能會導致mos管的損壞，具體的原因是mos管沒有完全導通，而此時DS壓差又很大，又因為mos管自身有電阻的影響，所以導致此時通過mos管的電流也是比較大的。

這里就需要說明mos管的另外兩個概念，即：**預夾斷&夾斷**。

mos管的預夾斷：對于N溝道增強型MOS，只要VGS>VGSth，mos管DS之間就會出現(xiàn)反型層（即mos管已經(jīng)導通，并在DS間形成了一條通道，該通道形成是因為柵極電壓VGS的增大，將電子吸引至耗盡層形成），然后這時我們在mos管的DS間設置電壓，D端連接電源正極，S端連接電源負極。那么問題就出現(xiàn)了，由于mos管的D端帶有正電壓，而形成的通道中帶有負電，所以此時D端就會出現(xiàn)對通道中電子的吸引。導致耗盡通道中靠近D端的通道越來越窄，而在S端的通道越來越寬的情況（排斥）。如下圖所示。

此時隨著VDS的逐漸增大，當VDS=VGS-VGS th時，溝通在漏極一端恰好消失，此時就稱為預夾斷。

mos管的夾斷：如果此時MOS管的D端電壓持續(xù)升高，即當VDS>VGS- VGS th時，那么MOS管的D端反型層將徹底消失，出現(xiàn)了夾斷區(qū)域。若此時VGS、VDS持續(xù)上升 ，那么S端的電子就會不受VGS控制，直接經(jīng)過空間電荷區(qū)到達漏極，這就會導致DS間直接導通，此時mos管將損壞。

以上的預夾斷和夾斷將使我們引出MOS管的 I-V曲線概念：

看完以上參數(shù)延申出來的問題就是，VGS電壓值我們到底應該怎么選呢？它寫的2~4v，那么設計時VGS只要大于4V，比如5V就可以了呢？

相信如果你理解了以上參數(shù)后，基本就會明白。 在設計時，我們不能僅僅只看VGSth的限制電壓，還需要結(jié)合VDS電壓進行判斷。

**3. 關于MOS管開啟時，對于柵極的電流是否有要求呢？**

這個問題主要是很多時候的很多同學，都會提出反駁的意見。根據(jù)課本上學習的知識，MOS管是電壓型控制器件，所以開關時對于柵極的電流沒有任何要求。 其實這樣的理解是不正確的。 這里就需要再重新理解下MOS管的開關過程。我們需要引入MOS管的寄生電容與米勒效應。

圖中的CGD和CGS和CDS都是mos管的寄生電容，它是由于mos管的生產(chǎn)工藝決定的。

看到這里的電容相信很多同學就明白了，我們?yōu)槭裁凑fMOS管的開關也需要柵極電流的參與。我們可以這樣理解，當我們柵極接通電壓后，那么此時將先給CGS充電，當CGS充滿電后，才會進一步打開mos管。同理我們都知道電容充電時的電流要求是比較大的，如果此時我們的柵極不能提供足夠的電流能量，那么VGS處于米勒平臺的時間將會特別長，顯然這不是我們想要的結(jié)果。如下圖

所以為了使mos管快速導通，我們就需要在柵極提供足夠大的電流，來使mos管快速導通。那么導體需要多大的電流才合適呢？這個其實可以通過datasheet提供的參數(shù)Qgs Qgd Qg（此處的單位為電荷量的庫侖）進行計算出來。

下面我們根據(jù)此MOS計算mos管柵極打開時，所需的電流值，公式如下：

**此處的FSW代表的為mos管開關頻率，QG則代表的是mos管寄生電容值（一般我們?nèi)∽畲笾担?/p>

以該mos管的QG=170nc，F(xiàn)SW=500K為例計算：

IG=500*170=85000uA=85mA（所以從此處可以看出，當開關頻率越高時，柵極所需要的驅(qū)動電流越大），顯然這樣的電流不是我們一般IO管腳可以提供的，所以我們一般采用到了推挽電路（推挽電路需考慮三極管器件的0.7V壓降）或者專用的驅(qū)動芯片進行驅(qū)動**。

**4. MOS管的SOA參數(shù)說明：**

最后，我們還需要提一下mos管另一個重要曲線，即mos管的SOA曲線。如下圖，在這張圖中我們呢就可以根據(jù)我們實際的使用場景，來判斷出MOS管的持續(xù)通電時間，即高電平占空比即周期。

藍色：在VDS電壓比較小時，ID通過的電流大小主要由MOS管的RSDS（on）來進行限制。在該區(qū)域內(nèi)，當VGS電壓與環(huán)境溫度條件不變時時，我們近似把RDSON看似一個定值，由此得出VDS= ID · RDS（ON）。

黃色：在VDS升高到一定的值以后，MOS的安全區(qū)域主要由MOS的熱阻相關也就是耗散功率來進行限制，而DC曲線則表示當流過電流為連續(xù)的直流電流時，MOSFET可以耐受的電流能力。其它標示著時間的曲線則表示MOSFET可以耐受的單個脈沖電流（寬度為標示時間）的能力。單次脈沖是指單個非重復(單個周期)脈沖，單脈沖測試的是管子瞬間耐受耗散功率（雪崩能量）的能力，從這部分曲線來看，時間越短，可以承受的瞬間耗散功率就越大。

紅色：MOS管所能承受的最大脈沖漏極電流，也是對最大耗散功率進行了限制。

綠色：MOS管所能承受的VDS最大電壓，如果VDS電壓過高，PN結(jié)會發(fā)生反偏雪崩擊穿，造成MOS管損壞。