MOS管的導(dǎo)通條件和MOS驅(qū)動(dòng)電流計(jì)算

**1. 關(guān)于MOS管的極限參數(shù)說明：**

在以上圖中，我們需要持續(xù)關(guān)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(shè)計(jì)中，產(chǎn)品的實(shí)際通過電流值應(yīng)遠(yuǎn)小于該值，至少應(yīng)小于1/3以下，例：該mos管的使用持續(xù)電流應(yīng)小于50A。

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

c. **Vgs（柵源電壓范圍）**：該值表示在mos管的實(shí)際開啟關(guān)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(shí)際設(shè)計(jì)中mos管DS端的電壓差值也應(yīng)遠(yuǎn)小于該值，并留有較大余量。（例如該mos管為75V，那么實(shí)際設(shè)計(jì)可承受的電壓值應(yīng)小于40V）。

**2. 關(guān)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(guān)注了兩個(gè)參數(shù)值，如下圖中參數(shù)：

我們許多初級(jí)的設(shè)計(jì)師，在使用mos管一般就會(huì)僅僅只關(guān)注這兩個(gè)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(diǎn)說明下**vgs th**這個(gè)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(dǎo)通溝道沒有完全形成，這時(shí)的mos管是極其脆弱的。如果此時(shí)我們在mos管DS間設(shè)計(jì)大的電壓，就可能會(huì)導(dǎo)致mos管的損壞，具體的原因是mos管沒有完全導(dǎo)通，而此時(shí)DS壓差又很大，又因?yàn)閙os管自身有電阻的影響，所以導(dǎo)致此時(shí)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(gè)概念，即：**預(yù)夾斷&夾斷**。

mos管的預(yù)夾斷：對于N溝道增強(qiáng)型MOS，只要VGS>VGSth，mos管DS之間就會(huì)出現(xiàn)反型層（即mos管已經(jīng)導(dǎo)通，并在DS間形成了一條通道，該通道形成是因?yàn)闁艠O電壓VGS的增大，將電子吸引至耗盡層形成），然后這時(shí)我們在mos管的DS間設(shè)置電壓，D端連接電源正極，S端連接電源負(fù)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(fù)電，所以此時(shí)D端就會(huì)出現(xiàn)對通道中電子的吸引。導(dǎo)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(shí)隨著VDS的逐漸增大，當(dāng)VDS=VGS-VGS th時(shí)，溝通在漏極一端恰好消失，此時(shí)就稱為預(yù)夾斷。

mos管的夾斷：如果此時(shí)MOS管的D端電壓持續(xù)升高，即當(dāng)VDS>VGS- VGS th時(shí)，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(shí)VGS、VDS持續(xù)上升 ，那么S端的電子就會(huì)不受VGS控制，直接經(jīng)過空間電荷區(qū)到達(dá)漏極，這就會(huì)導(dǎo)致DS間直接導(dǎo)通，此時(shí)mos管將損壞。

以上的預(yù)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(yīng)該怎么選呢？它寫的2~4v，那么設(shè)計(jì)時(shí)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(huì)明白。 在設(shè)計(jì)時(shí)，我們不能僅僅只看VGSth的限制電壓，還需要結(jié)合VDS電壓進(jìn)行判斷。

**3. 關(guān)于MOS管開啟時(shí)，對于柵極的電流是否有要求呢？**

這個(gè)問題主要是很多時(shí)候的很多同學(xué)，都會(huì)提出反駁的意見。根據(jù)課本上學(xué)習(xí)的知識(shí)，MOS管是電壓型控制器件，所以開關(guān)時(shí)對于柵極的電流沒有任何要求。 其實(shí)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(guān)過程。我們需要引入MOS管的寄生電容與米勒效應(yīng)。

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(xué)就明白了，我們?yōu)槭裁凑fMOS管的開關(guān)也需要柵極電流的參與。我們可以這樣理解，當(dāng)我們柵極接通電壓后，那么此時(shí)將先給CGS充電，當(dāng)CGS充滿電后，才會(huì)進(jìn)一步打開mos管。同理我們都知道電容充電時(shí)的電流要求是比較大的，如果此時(shí)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(tái)的時(shí)間將會(huì)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(dǎo)通，我們就需要在柵極提供足夠大的電流，來使mos管快速導(dǎo)通。那么導(dǎo)體需要多大的電流才合適呢？這個(gè)其實(shí)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(jìn)行計(jì)算出來。

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

**此處的FSW代表的為mos管開關(guān)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(jì)算：

IG=500*170=85000uA=85mA（所以從此處可以看出，當(dāng)開關(guān)頻率越高時(shí)，柵極所需要的驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)**。

**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(gè)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(shí)際的使用場景，來判斷出MOS管的持續(xù)通電時(shí)間，即高電平占空比即周期。

藍(lán)色：在VDS電壓比較小時(shí)，ID通過的電流大小主要由MOS管的RSDS（on）來進(jìn)行限制。在該區(qū)域內(nèi)，當(dāng)VGS電壓與環(huán)境溫度條件不變時(shí)時(shí)，我們近似把RDSON看似一個(gè)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(guān)也就是耗散功率來進(jìn)行限制，而DC曲線則表示當(dāng)流過電流為連續(xù)的直流電流時(shí)，MOSFET可以耐受的電流能力。其它標(biāo)示著時(shí)間的曲線則表示MOSFET可以耐受的單個(gè)脈沖電流（寬度為標(biāo)示時(shí)間）的能力。單次脈沖是指單個(gè)非重復(fù)(單個(gè)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(shí)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(jìn)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(huì)發(fā)生反偏雪崩擊穿，造成MOS管損壞。