手把手教你讀懂FET（圖文解說）

　　由于用處不同;每個(gè)廠家都對(duì)不同用處FET做了專門優(yōu)化。以致同樣耐壓/電流的FET;有多個(gè)型號(hào)。自然;每個(gè)廠家都有其獨(dú)特的特點(diǎn)。高低貴賤;百花齊放，可見;作為工程師，讀懂FET;選取最合適的器件，是多重要!

　　FET管是由一大群小FET在硅片上并聯(lián)的大規(guī)模集成功率開關(guān)。每個(gè)小FET叫胞，每個(gè)胞的電流并不大，只有百毫安級(jí)。設(shè)計(jì)師采用螞蟻捍樹的辦法;多多的數(shù)量FET并聯(lián);達(dá)到開關(guān)大電流。也就是同樣大小硅片和耐壓下;胞越多;允許電流越大。

　　得益于多胞結(jié)構(gòu);FET的寄身二極管擁有了耐受電壓擊穿的能力。即所謂的雪崩耐量。在數(shù)據(jù)表中;以EAR(可重復(fù)雪崩耐量)和EAS(單次雪崩耐量)表示。它表征了FET抗電壓(過壓)沖擊的能力。因此;許多小功率反激電源可以不用RCD吸收，F(xiàn)ET自己吸收就夠了。

　　用在過壓比較嚴(yán)重的場(chǎng)合，這點(diǎn)要千萬注意啊!大的雪崩耐受力;能提高系統(tǒng)的可靠性!FET的這個(gè)能力和電壓;終身不會(huì)改變。

　　紅色指示的是FET開關(guān)的溝道，蘭色的是寄生的體二極管。

　　平時(shí);FET是關(guān)斷的。當(dāng)柵上加正壓時(shí);在鄰近柵的位置;會(huì)吸引許多電子。這樣;鄰近的P型半導(dǎo)體就變成了N型;形成了連接兩個(gè)N取的通道(N溝道)，F(xiàn)ET就通了。顯然;FET的耐壓越高;溝道越長(zhǎng);電阻越大。這就是高壓FET的RDSON大的原因，反之;P溝FET也是一樣的，這里不在敘述。

　　所以;功率FET，常被等效為：

　　FET是實(shí)實(shí)在在的物質(zhì)構(gòu)成的;里面有導(dǎo)體/半導(dǎo)體/絕緣體。這些物質(zhì)的相互搭配;做成了FET。那么;任何兩個(gè)絕緣的導(dǎo)體，自然構(gòu)成了物理電容——寄生電容

　　紅色的就是DS間的寄生電容Coss。藍(lán)色的就是密勒電容Cgd。黑色的就是柵原電容Cgs

　　下面;分析這些電荷在開/關(guān)狀態(tài)下，是如何影響FET工作的。FET靜態(tài)關(guān)斷時(shí)，Cgd/Cgs充電狀態(tài)如圖示：

　　柵電壓為零，Qgs=0。Qgd被充滿，Vgd=Vds。

　　注：由于Cds通常和其它雜散電容并聯(lián)在一起;共同對(duì)電源施加影響，因此;這里暫時(shí)不做分析。問題將在后面和雜散參數(shù)一起一并討論。

　　給FET的柵極施加正脈沖。由于Cgd在承受正壓時(shí)，電容量非常小(Cgd雖然小;但是Qgd=Cgd*Ugd，Qgd仍然是很大的)，Cgs遠(yuǎn)大于Cgd。因此;脈沖初期，驅(qū)動(dòng)脈沖主要為Cgs充電，直到FET開始開啟為止。開啟時(shí);FET的柵電壓就是門檻電壓Vth。

　　當(dāng)FET柵電壓達(dá)到Vth，F(xiàn)ET開始導(dǎo)電。無論負(fù)載在漏極還是在源極，都將因有電流流過而承受部分或全部電壓。這樣FET將經(jīng)歷由阻斷狀態(tài)時(shí)承受全部電壓逐漸變到短路而幾乎沒有電壓降落為止的過程。

　　這個(gè)過程中，Cgd同步經(jīng)歷了放電過程。放電電流為I=Qgd/ton。

　　Igd——密勒電流分流了FET的驅(qū)動(dòng)電流!使得FET的柵電壓上升變緩。

　　彌勒電荷越大;這個(gè)斜坡越長(zhǎng)。

　　彌勒電荷不僅和器件有關(guān)還和漏極電壓有關(guān)。一般;電壓越高;電荷量越大。

　　FET的柵電壓達(dá)到Vth后;電流流過FET的溝道，此時(shí);FET工作在線性區(qū)。FET視在斜率隨Id大小變化而變。但;從Vg、Id的變化量看，兩者之比就是FET跨到S。即S=(Id2-Id1)/(Vgs2-Vgs1)。

　　由于在FET開的過程中，柵電壓變緩，是彌勒電容分流引起的，所以;也叫彌勒效應(yīng)區(qū)。

　　因此;在斷續(xù)反激電源里，彌勒效應(yīng)區(qū)的柵電壓斜率基本不變。而正激、半/全橋等;斜率隨負(fù)載而變

　　彌勒效應(yīng)時(shí)間(開關(guān)時(shí)間)ton/off=Qgd/Ig

　　注：1)Ig指FET的柵驅(qū)動(dòng)電流。

　　FET “ON” Ig=(Vb-Vth)/Rg

　　2)Vb：穩(wěn)態(tài)柵驅(qū)動(dòng)電壓

　　FET經(jīng)過彌勒區(qū)后;完全導(dǎo)通。原先阻斷D-S的PN結(jié)被開啟的溝道短路。由于失去了部分絕緣層，Cgd變大;以至和Cgs相當(dāng)。并且;Cgd通過低阻抗的開啟溝道;和Cgs實(shí)現(xiàn)物理上的并聯(lián)。這樣;使得后期的驅(qū)動(dòng)?xùn)烹妷貉匕l(fā)生了變化。如圖示

　　FET的關(guān)斷過程和開啟過程的物理變化是一樣的，只是過程剛好相反

　　如前面介紹，完整周期的驅(qū)動(dòng)波型如圖示

　　貼個(gè)典型實(shí)測(cè)柵VD的波型，體驗(yàn)一下其中的奧妙。

　　EAR/EAS這兩個(gè)量描述的是FET抗雪崩擊穿的能力。

　　EAR描述的是可重復(fù)的雪崩耐量。EAS描述的是單次耐量。

　　如在小功率反激里;取消RCD吸收后，大電流負(fù)載時(shí)的漏極電壓就需要EAR這個(gè)量來考核安全。再如大電流半/全橋電路里，橋短路時(shí)電流非常大;即便在安全工作區(qū)能關(guān)斷FET;仍會(huì)因引線等雜散寄生電感的作用而產(chǎn)生過壓，當(dāng)關(guān)的比較快時(shí);過壓就會(huì)超過FET耐壓極限而擊穿。EAS是衡量FET此時(shí)是否安全的參量...這里只列舉了這兩個(gè)量的概念了兩個(gè)實(shí)際工程中的應(yīng)用實(shí)例。它們的意義遠(yuǎn)非這些。

　　這是這兩個(gè)量的典型圖表：

　　安全工作區(qū)SOA，先看這兩張圖

　　這是兩個(gè)同為600V的MOSFET，都能在600V下承受最大飽和電流。即在15V柵壓時(shí);MOSFET能流過的最大電流(MOSFET進(jìn)入了線性區(qū);呈恒流狀態(tài))，此時(shí)的電流不隨電壓增高而增加!

　　狀態(tài)位置見圖中蘭圈內(nèi)的紅線區(qū)域