MOSFET广泛运用在模仿电路与数字电路中，和咱们的日子密不可分。MOSFET的优势在于：首要驱动电路比较简略。MOSFET需求的驱动电流比 BJT则小得多，而且一般能够直接由CMOS或许集电极开路TTL驱动电路驱动;其次MOSFET的开关速度比较敏捷，能够以较高的速度作业，因为没有电 荷存储效应;别的MOSFET没有二次击穿失效机理，它在温度越高时往往耐力越强，而且发生热击穿的或许性越低，还能够在较宽的温度规模内供给较好的性 能。MOSFET现已得到了很多运用，在消费电子、工业产品、机电设备、智能手机以及其他便携式数码电子产品中随处可见。
近年来，跟着轿车、通讯、动力、消费、绿色工业等很多运用MOSFET产品的职业在近几年来得到了快速的开展，功率MOSFET更是备受重视。据预测，2010-2015年我国功率MOSFET商场的整体复合年度增加率将到达13.7%。尽管商场研讨公司 iSuppli 表明因为微观的出资和经济政策和日本地震带来的晶圆与原材料供给问题，本年的功率MOSFET商场会放缓，但消费电子和数据处理的需求依然旺盛，因而长时刻来看，功率MOSFET的增加仍是会持续一段适当长的时刻。
技能一直在前进，功率MOSFET商场逐步受到了新技能的应战。例如，业界有不少公司现已开端研制GaN功率器材，而且断语硅功率MOSFET的功用可提 升的空间现已十分有限。不过，GaN 对功率MOSFET商场的应战还处于十分初期的阶段，MOSFET在技能成熟度、供给量等方面依然占有显着的优势，经过三十多年的开展，MOSFET商场 也不会简略被新技能敏捷代替。
五年甚至更长的时刻内，MOSFET仍会占有主导的方位。MOSFET也仍将是很多刚入行的工程师都会接触到的器材，本期半月谈将会从根底开端，评论MOSFET的一些根底知识，包含选型、要害参数的介绍、体系和散热的考虑等等;最终还会就一些最常见的抢手运用为咱们做一些介绍。
MOSFET 的选型根底
MOSFET有两大类型：N沟道和P沟道。在功率体系中，MOSFET可被当作电气开关。当在N沟道MOSFET的栅极和源极间加上正电压时，其开关导 通。导通时，电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻，称为导通电阻RDS(ON)。有必要清楚MOSFET的栅极是个高阻抗端，因而，总 是要在栅极加上一个电压。假如栅极为悬空，器材将不能按规划目的作业，并或许在不恰当的时刻导通或封闭，导致体系发生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电 压为零时，开关封闭，而电流中止经过器材。尽管这时器材现已封闭，但依然有细小电流存在，这称之为漏电流，即IDSS。
作为电气体系中的根本部件，工程师怎么依据参数做出正确挑选呢?本文将评论怎么经过四步来挑选正确的MOSFET。
1)沟道的挑选。为规划挑选正确器材的第一步是决议选用N沟道仍是P沟道MOSFET.在典型的功率运用中，当一个MOSFET接地，而负载连接到干线电 压上时，该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应选用N沟道MOSFET,这是出于对封闭或导通器材所需电压的考虑。当MOSFET连接到 总线及负载接地时，就要用高压侧开关。一般会在这个拓扑中选用P沟道MOSFET,这也是出于对电压驱动的考虑。
2)电压和电流的挑选。额外电压越大，器材的本钱就越高。依据实践经验，额外电压应当大于干线电压或总线电压。这样才干供给满足的维护，使MOSFET不 会失效。就挑选MOSFET而言，有必要确认漏极至源极间或许接受的最大电压，即最大VDS.规划工程师需求考虑的其他安全要素包含由开关电子设备(如电机 或变压器)诱发的电压瞬变。不同运用的额外电压也有所不同;一般，便携式设备为20V、FPGA电源为20~30V、85~220VAC运用为450~600V。
在接连导通形式下，MOSFET处于稳态，此刻电流接连经过器材。脉冲尖峰是指有很多电涌(或尖峰电流)流过器材。一旦确认了这些条件下的最大电流，只需直接挑选能接受这个最大电流的器材便可。
3)核算导通损耗。MOSFET器材的功率耗费可由Iload2×RDS(ON)核算，因为导通电阻随温度改变，因而功率耗费也会随之按份额改变。对便携 式规划来说，选用较低的电压比较简略(较为遍及)，而关于工业规划，可选用较高的电压。留意RDS(ON)电阻会跟着电流细微上升。关于RDS(ON)电 阻的各种电气参数改变可在制造商供给的技能材料表中查到。
4)核算体系的散热要求。规划人员有必要考虑两种不同的状况，即最坏状况和真实状况。主张选用针对最坏状况的核算成果，因为这个成果供给更大的安全余量，能 确保体系不会失效。在MOSFET的材料表上还有一些需求留意的丈量数据;比方封装器材的半导体结与环境之间的热阻，以及最大的结温。
开关损耗其实也是一个很重要的目标。从下图能够看到，导通瞬间的电压电流乘积适当大。必定程度上决议了器材的开关功用。不过，假如体系对开关功用要求比较高，能够挑选栅极电荷QG比较小的功率MOSFET。
MOSFET运用事例解析
1. 开关电源运用
从界说上而言，这种运用需求MOSFET定时导通和关断。一起，稀有十种拓扑可用于开关电源，这儿考虑一个简略的比方。DC-DC电源中常用的根本降压转换器依托两个MOSFET来履行开关功用(下图)，这些开关替换在电感里存储能量，然后把能量开释给负载。现在，规划职工常常挑选数百kHz甚至1 MHz以上的频率，因为频率越高，磁性元件能够更小更轻。开关电源中第二重要的MOSFET参数包含输出电容、阈值电压、栅极阻抗和雪崩能量。
2.马达操控运用
马达操控运用是功率MOSFET大有用武之地的另一个运用领域。典型的半桥式操控电路选用2个MOSFET (全桥式则选用4个)，但这两个MOSFET的关断时刻(死区时刻)持平。关于这类运用，反向恢复时刻(trr)十分重要。在操控电感式负载(比方马达绕组)时，操控电路把桥式电路中的MOSFET切换到关断状况，此刻桥式电路中的另一个开关经过MOSFET中的体二极管暂时反向传导电流。所以，电流从头循环，持续为马达供电。当第一个MOSFET再次导通时，另一个MOSFET二极管中存储的电荷有必要被移除，经过第一个MOSFET放电，而这是一种能量的损耗，故trr 越短，这种损耗越小。
3.轿车运用
曩昔的近20年里，轿车用功率MOSFET现已得到了长足开展。选用功率MOSFET是因为其能够耐受轿车电子体系中常遇到的掉载和体系能量骤变等引起的 瞬态高压现象，且其封装简略，首要选用TO220 和 TO247封装。一起，电动车窗、燃油喷发、间歇式雨刷和巡航操控等运用已逐步成为大多数轿车的标配，在规划中需求相似的功率器材。在这期间，跟着电机、 螺线管和燃油喷发器日益遍及，车用功率MOSFET也不断开展壮大。
轿车设备中所用的MOSFET器材触及广泛的电压、电流和导通电阻规模。电机操控设备桥接装备会运用30V和40V击穿电压类型;而在有必要操控负载突卸和 突升发动状况的场合，会运用60V设备驱动负载;当职业标准转移至42V电池体系时，则需选用75V技能。高辅佐电压的设备需求运用100V至150V型款;至于400V以上的MOSFET器材则运用于发动机驱动器机组和高亮度放电(HID)前灯的操控电路。
轿车MOSFET驱动电流的规模由2A至100A以上，导通电阻的规模为2mΩ至100mΩ。MOSFET的负载包含电机、阀门、灯、加热部件、电容性压电组件和DC/DC电源。开关频率的规模一般为10kHz 至100kHz，有必要留意的是，电机操控不适用开关频率在20kHz以上。其它的首要需求是UIS功用，结点温度极限下(-40度至175度，有时高达200度)的作业状况，以及逾越轿车运用寿命的高可靠性。
4. LED 灯具的驱动。
规划LED灯具的时分常常要运用MOS管，对LED恒流驱动而言，一般运用NMOS.功率MOSFET和双极型晶体管不同，它的栅极电容比较大，在导通之前要先对该电容充电，当电容电压超越阈值电压(VGS-TH)时MOSFET才开端导通。因而，规划时有必要留意栅极驱动器负载才能有必要满足大，以确保在体系要求的时刻内完结对等效栅极电容(CEI)的充电。
而MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电有很大联系。运用者尽管无法下降Cin的值，但能够下降栅极驱动回路信号源内阻Rs的值，然后减小栅极回路 的充放电时刻常数，加速开关速度一般IC驱动才能首要表现在这儿，咱们谈挑选MOSFET是指外置MOSFET驱动恒流IC。内置MOSFET的IC当然 不必咱们再考虑了，一般大于1A电流会考虑外置MOSFET。为了获得到更大、更灵敏的LED功率才能，外置MOSFET是仅有的挑选办法，IC需求适宜 的驱动才能，MOSFET输入电容是要害的参数。下图Cgd和Cgs是MOSFET等效结电容。
一般IC的PWM OUT输出内部集成了限流电阻，详细数值巨细同IC的峰值驱动输出才能有关，能够近似以为R=Vcc/Ipeak.一般结合IC驱动才能 Rg挑选在10-20Ω左右。
一般的运用中%&&&&&%的驱动能够直接驱动MOSFET,可是考虑到一般驱动走线不是直线，感量或许会更大，而且为了避免外部搅扰，仍是要运用Rg驱动电阻进行按捺。考虑到走线分布%&&&&&%的影响，这个电阻要尽量接近MOSFET的栅极。
以上评论的是MOSFET ON状况时电阻的挑选，在MOSFET OFF状况时为了确保栅极电荷快速泻放，此刻阻值要尽量小。一般为了确保快速泻放，在Rg上能够并联一个二极管。当泻放电阻过小，因为走线电感的原因也会引起谐振(因而有些运用中也会在这个二极管上串一个小电阻)，可是因为二极管的反向电流不导通，此刻Rg又参加反向谐振回路，因而能够按捺反向谐振的尖峰。
预算导通损耗、输出的要求和结区温度的时分，就能够参阅前文所指出的办法。
MOSFET的运用领域十分广泛，远非一两篇文章能够归纳。欢迎咱们阅览网站更多相关的内容和链接，了解MOSFET在当今发挥的日益重要的效果。
