1、MOS管的基本原理(以N溝道增強型為例說明)

具體結構講解及理論分析可參見教科書，以下著重說明幾個點：

a. N溝道增強型MOS管的標識圖示，其P型襯底與S極N溝道相接。

b. 圖中MOS管的DS極之間有反并聯二極管，此二極管不是單獨設計的二極管，是MOS的寄生二極管，稱為體二極管。這一點與IGBT有所區(qū)分，IGBT需要單獨設計二極管，一般為快恢復二極管。

c. 輸出特性曲線，其中可變電阻區(qū)又稱線性區(qū)，恒流區(qū)又稱飽和區(qū)，注意與三極管的輸出特性曲線劃分的區(qū)域進行區(qū)別。

d. 將其作為開關管使用時的工作區(qū)域：關斷時在截止區(qū)，開通時在線性區(qū)工作。

e. 一般將MOS管稱為壓控器件，并不是說只加個電壓就好了，在驅動時也需要驅動電流，只是時間很短。MOS在開關過程中需要對輸入電容充放電，仍需要一定的驅動功率，開關頻率越高，所需要的驅動功率越大。

2、MOS管主要關注參數及其作用

以IXYS公司的Power Mosfet-IXTK400N15X4為例

a. 最大額定參數

VDSS – 最大漏-源電壓

將柵源短接，最大漏-源電壓指漏-源未發(fā)生雪崩擊穿前所能施加的最大電壓。根據溫度的不同，實際雪崩擊穿電壓可能低于額定VDSS。

VGS – 最大柵-源電壓

指柵源兩極間可以施加的最大電壓。設定該額定電壓的主要目的是防止電壓過高導致的柵氧化層損傷。實際柵氧化層可承受的電壓遠高于額定電壓，但是會隨制造工藝的不同而改變，因此保持VGS在額定電壓以內可以保證應用的可靠性。

ID25 – 連續(xù)漏電流

定義為25度時漏-源間可流過的最大連續(xù)電流。注意，其并不包含開關損耗，并且實際使用時保持管表面溫度在25度也很難。因此，硬開關應用中實際開關電流通常小于ID25的一半，通常在1/3~1/4。如果可以估算出特定溫度下的ID，則這個值更有現實意義。

IDM -- 脈沖漏電流

該參數反映了器件可以處理的脈沖電流的高低，脈沖電流要遠高于連續(xù)的直流電流。定義IDM的目的在于運行在可變電阻區(qū)時。對于不同的柵-源電壓，MOSFET導通后，存在最大的漏極電流，漏極電流的增大會提高漏-源電壓，由此增大導通損耗。長時間工作在大功率之下，將導致器件失效。

IA – 雪崩擊穿電流

當向MOS管施加高于絕對最大額定值VDSS的電壓時，就會發(fā)生擊穿。當施加高于VDSS的高電場時，自由電子被加速并帶有很大的能量。這會導致碰撞電離,從而產生電子空穴對。這種電子空穴對呈雪崩式增加的現象稱為“雪崩擊穿”。在這種雪崩擊穿期間，與MOS內部二極管電流呈反方向流動的電流稱為“雪崩擊穿電流IA。

EAS – 雪崩擊穿能量

PD – 最大耗散功率

dv/dt – 最大電壓變化率

TJ – 工作溫度范圍

在電子電路中，MOS管驅動電路是很重要的，將直接關系到MOS管的開關速度和效率，本文將列出四個常見的MOS管柵極驅動電路，并附出四個電路圖，希望對小伙伴們有所幫助。

1、IC直接驅動型

這種電路通過電源IC直接提供驅動信號給MOS管的柵極。其結構簡單，成本較低，適用于對開關速度要求不高的場合。

但需要注意的是，如果電源IC的峰值驅動電流不足，可能會導致MOS管開啟速度較慢。

2、推挽輸出電路增強驅動

是一種增加電流供應能力的驅動電路。它由兩個互補型MOSFET組成，一個是N通道MOSFET，另一個是P通道MOSFET。當輸入信號為高電平時，N通道MOSFET導通，P通道MOSFET截止;當輸入信號為低電平時，情況相反。這樣，通過兩個管的互補工作，推挽電路能夠快速完成柵極電容的充電過程，增強驅動能力。

3、驅動電路加速MOS管的關斷

在關斷的瞬間，驅動電路加速MOS管的關斷電路能夠提供低阻抗的通路，使MOS管的柵極和源極之間的電容快速放電。

該圖顯示的是一種常見的加速關斷電路，它利用三極管釋放GS電容的電荷，實現最短時間內的放電，從而最大限度地減小關斷時的交叉損耗。

4、變壓器驅動電路加速MOS管的關斷

為了滿足驅動高邊MOS管的要求，通常使用變壓器驅動電路。這種電路不僅可用于驅動高邊MOS管，還可以實現安全隔離。變壓器驅動器通過變壓器變換電壓和電流，以提供足夠的驅動能力。

在電路中，R1用于抑制PCB板上的寄生電感，與C1形成LC振蕩，其設計作用是隔離直流、通過交流，避免磁芯飽和。

電子工程師一般認為MOSGUAN 是通過電壓驅動的，不需要驅動電流。然而，就在MOS管的G S兩級之間有結電容存在，也正是這個電容讓驅動MOS變的神秘莫測。

MOS管如果不考慮紋波和EMI等要求的話，MOS管開關速度越快越好，因為開關時間越短，開關損耗越小，而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分，因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。 對于一個MOS管，如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短，那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似，如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短，那么MOS管關斷的速度也就越快 由此我們可以知道，如果想在更短的時間內把GS電壓拉高或者拉低，就要給MOS管柵極更大的瞬間驅動電流。 大家常用的PWM芯片輸出直接驅動MOS或者用三極管放大后再驅動MOS的方法，其實在瞬間驅動電流這塊是有很大缺陷的。 比較好的方法是使用專用的MOS管驅動芯片如TC4420來驅動MOS管，這類的芯片一般有很大的瞬間輸出電流，而且還兼容TTL電平輸入，MOS管驅動芯片的內部結構。

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二、MOS管驅動電路注意事項：

因為驅動線路走線會有寄生電感，而寄生電感和MOS管的結電容會組成一個LC振蕩電路，如果直接把驅動芯片的輸出端接到MOS管柵極的話，在PWM波的上升下降沿會產生很大的震蕩，導致MOS管急劇發(fā)熱甚至爆炸，一般的解決方法是在柵極串聯10歐左右的電阻，降低LC振蕩電路的Q值，使震蕩迅速衰減掉。 因為MOS管柵極高輸入阻抗的特性，一點點靜電或者干擾都可能導致MOS管誤導通，所以建議在MOS管G S之間并聯一個10K的電阻以降低輸入阻抗如果擔心附近功率線路上的干擾耦合過來產生瞬間高壓擊穿MOS管的話，可以在GS之間再并聯一個18V左右的TVS瞬態(tài)抑制二極管，TVS可以認為是一個反應速度很快的穩(wěn)壓管，其瞬間可以承受的功率高達幾百至上千瓦，可以用來吸收瞬間的干擾脈沖。