NMOS学习.docx

NMOS学习.docx

《NMOS学习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《NMOS学习.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

NMOS学习

N-MOS学习

D

N-MOS的特性：

Vgs大于Vgs（th）就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动）

工作原理描述

（1）Vgs=0，没有导电沟道

此时栅源短接，源区，衬底和漏区形成两个背靠背的PN结，无论Vds的极性怎样，其中总有一个PN结是反偏的，所以d,s之间没有形成导电沟道，MOS管处于截止状态。

（2）Vgs≥ Vgs（th），出现N沟道

栅源之间加正向电压

→由栅极指向P型衬底的电场

→将靠近栅极下方的空穴向下排斥

→形成耗尽层

再增加Vgs

→纵向电场将P区少子（电子）聚集到P区表面

→形成源漏极间的N型导电沟道

→如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id

（3）输出特性曲线

MOS的输出特性曲线是指在栅源电压Vgs> VGS（th）且恒定的情况下，漏极电流id与漏源电压Vds之间的关系，可以分为以下4段：

线性区

当Vds很小时，沟道就像一个阻值与Vds无关的固定电阻，此时id与Vds成线性关系

过渡区

随着Vds增大，漏极附近的沟道变薄，沟道电阻增大，曲线逐渐下弯。

当Vds增大到Vdsat（饱和漏源电压）时，漏端处可动电子消失，此时沟道被夹断

饱和区

当Vds> Vdsat时，沟道夹断点向左移，漏极附近只剩下耗尽区，此时id几乎与Vds无关而保持idsat不变，曲线为水平直线

击穿区

Vds继续增大到BVds时，漏结发生雪崩击穿，id急剧增大

将各曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为可变电阻区，右侧为饱和区。

Vgs< VGS（th）时，称为截止区。

（4）转移特性

漏源电压Vds一定的条件下，栅源电压Vgs对漏极电流id的控制特性。

可根据输出特性曲线作出移特性曲线。

例：

作Vds=10V的一条转移特性曲线。

MOS管的驱动

MOS管的模型

Ciss= CGD+ CGS

Coss= CDS+CGD

Crss= CGD

（1）T0~T1：

驱动通过RGATE对Cgs充电，电压Vgs以指数的形式上升

（2）T1~T2：

Vgs达到MOSFET开启电压，MOSFET进入线性区，Id缓慢上升，至T2时刻Id到达饱和或是负载最大电流。

在此期间漏源极之间依然承受近乎全部电压Vdd 。

（3）T2~T3：

T2时刻Id达到饱和并维持稳定值，MOS管工作在饱和区，Vgs固定不变，电压Vds开始下降。

此期间Cgs不再消耗电荷，VDD开始给Cgd提供放电电流。

（4）T3~T4：

电压Vds下降到0V，VDD继续给Cgs充电，直至Vgs=VDD，MOSFET完成导通过程。

Vgs的各个阶段的时间跨度同栅极消耗电荷成比例（因△Q = IG△T，而IG在此处为恒流源之输出）。

T0 ~ T2跨度代表了Ciss（VGS+ CGD）所消耗的电荷，对应于器件规格书中提供的参数Qgs（Gate to Source Charge）。

T2 ~ T3跨度代表了CGD（或称为米勒电容）消耗的电荷，对应于器件规格书中提供的参数Qds（Gate to Drain （“Miller”） Charge）。

T3时刻前消耗的所有电荷就是驱动电压为Vdd、电流为Id的MOSFET所需要完全开通的最少电荷需求量。

T3以后消耗的额外电荷并不表示驱动所必须的电荷，只表示驱动电路提供的多余电荷而已。

开关损失：

在MOSFET导通的过程中，两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，那么这段时间里，MOS管损失的是电压和电流的乘积，称为开关损失。

导通损耗：

MOS管在导通之后，电流在导通电阻上消耗能量，称为导通损耗。

POWER MOSFET 驱动保护

导通过程中，为防止误导通，G-S间应并一个电阻。

关断过程中，为防止关断时误导通，G-S间应提供一个低阻抗回路

POWER MOSFET 驱动电阻的影响

驱动电阻增大，驱动上升变慢，开关过程延长，对EMI有好处，但是开关损耗会增大，因此选择合适的驱动电阻很重要。

常见的MOSFET驱动电路

不隔离互补驱动电路

R为驱动限流电阻，一般用作抑制呈现高阻抗特性的驱动回路可能产生的寄生振荡。

隔离驱动电路

正激驱动电路

N3为去磁绕组，S1为要驱动的功率管。

R2为防止功率管栅源电压振荡的一个阻尼电阻。

R1为正激变换器的假负载，用于消除关断期间输出电压发生振荡而误导通，并作为MOSFET关断时的能量泄放回路

优点：

电路简单，并实现了隔离驱动。

只需单电源即可提供导通时的正电压及关断时的负电压。

占空比固定时，通过合理的参数设计，此驱动电路也具有较快的开关速度。

缺点：

由于变压器副边需要一个较大的防振荡电阻，该电路消耗比较大。

当占空比变化时关断速度变化加大。

脉宽较窄时，由于储存的能量减少导致MOSFET关断速度变慢

有隔离变压器互补驱动电路

该电路比较适用于占空比固定或占空比变化范围不大及占空比小于0.5的场合

优点：

电路简单可靠，具有电气隔离作用。

当脉宽变化时，驱动的关断能力不会随着变化。

该电路只需一个电源，隔直电容C的作用在关断时提供一个负压，从而加速了功率管的关断，有较高的抗干扰能力。

缺点：

输出电压幅值会随着占空比变化而变化。

当D较小时，负电压较小，抗干扰能力变差，同时正向电压高，应注意不要超过栅源允许电压；

当D大于0.5时，正向电压降低，负电压升高，应注意使其负电压不要超过栅源允许电压。

该电路比较适用于大于0.5的场合

此时副边绕组负电压值较大，稳压二极管Z2的稳压值为所需的负向电压值，超过部分电压降在电容C2上。

其他简单直流驱动电路

（1）比较器阈值控制

（2）常用三极管控制MOS管

其中，R3的作用是保护作用，防止误导通。

关于寄生二极管

生产工艺造成的，大功率MOS管漏极从硅片底部引出，就会有这个寄生二极管。

每个单独封装的MOS都有寄生二极管。

当电路中产生很大的瞬间反向电流时（ESD），就可以通过这个二极管导出，保护了MOS管的D极和S极。

如果没有这个二极管，就有可能击穿这个MOS管了。

ESD（Electro-Staticdischarge）静电释放，此时二极管相当于TVS吸收静电保护MOS管。

由于MOS管工作频率比较高，所以它的寄生二极管工作频率也要高，就是说它的反向恢复时间很短（Trr），所以也就相当于一个快恢复二极管了。

MOS管的小信号等效模型

简单等效模型不考虑二级效应，计算简单方便

完整模型考虑了衬底电压VB，r0由沟道长度调制效应引起，gmbVBS由体效应引起

不管怎样的电路，求解输出等效电阻Rout，在用GmRout方法计算是常用方法。