MOSFET驅動(dòng)及工作區的問(wèn)題分析

　　問(wèn)題1：最近，我們公司的技術(shù)專(zhuān)家在調試中發(fā)現，MOSFET驅動(dòng)電壓過(guò)高，會(huì )導致電路過(guò)載時(shí)，MOSFET中電流過(guò)大，于是把降低了驅動(dòng)電壓到6.5V，之前我們都是在12V左右。這種做法感覺(jué)和您在文章里第四部份似乎很相似，這樣做可行么?

　　問(wèn)題分析：

　　系統短路的時(shí)候，功率MOSFET相當于工作在放大的線(xiàn)性區，降低驅動(dòng)電壓，可以降低跨導限制的最大電流，從而降低系統的短路電流，從短路保護的角度而言，確實(shí)有一定的效果。然后，降低驅動(dòng)電壓，正常工作時(shí)候，RDSON會(huì )增大，系統效率會(huì )降低，MOSFET的溫度會(huì )升高，對于器件和系統的可靠性會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題。短路保護最好通過(guò)優(yōu)化短路保護電路的設計、減小保護的延時(shí)來(lái)調節，不建議用降低驅動(dòng)電壓方式來(lái)調節負載。

　　如果是CPU控制的系統，可以通過(guò)電流檢測，當系統電流大于某個(gè)設定的異常值后，動(dòng)態(tài)的減小驅動(dòng)電壓，從而減小短路電流的沖擊，這種方法是可行的。當系統的負載恢復到正常水平后，驅動(dòng)電壓回到正常的電壓值，提高系統正常穩態(tài)工作的效率，額外的代價(jià)就是要增加一個(gè)動(dòng)態(tài)調節驅動(dòng)電壓的電路。

　　問(wèn)題2：反復看了回顧了一下文章《理解功率MOSFET的電流》，其中關(guān)于圖片中，可變電阻區，放大區(飽和區)的劃分有些不太理解。首先，圖中可變電阻區的電流ID與VDS成恒定線(xiàn)性關(guān)系，感覺(jué)Rdson應該是恒定且極小的吧。其次，在恒流區，ID被VGS限制，此時(shí)，VDS急劇升高，Rdson急速升高，此時(shí)的MOSFET從跨導的定義來(lái)說(shuō)，由于ID不再增加，因此被定義為飽和區，但為什么又叫做放大區呢?

　　問(wèn)題分析：

　　(1)可變電阻區表明MOSFET在一定的VGS電壓下溝道已經(jīng)完全導通，此時(shí)MOSFET的導通壓降VDS由流過(guò)的電流ID與導通電阻的乘積來(lái)確定。為什么這個(gè)區被定義為可變電阻區呢?

　　功率MOSFET數據表中定義的導通電阻都有一定的條件，特別是VGS，當VGS不同時(shí)，溝道的飽和程度不同，因此不同的VGS對應的導通電阻并不相同。從漏極導通特性的曲線(xiàn)可以看到：在這個(gè)區域，不同的VGS的曲線(xiàn)密集地排在一起，當VGS變化的時(shí)候，電流保持不變，對應的VDS壓降(電流和導通電阻的乘積)也跟隨著(zhù)變化，也就是導通電阻在變化，可變電阻區由此而得名。

　　在可變電阻區，不同的VGS的曲線(xiàn)密集地排在一起，VGS變化的時(shí)候，導通壓降變化非常小，這也進(jìn)一步表明：溝道的飽和程度變化非常小，即便如此，由于導通電阻本身非常小，因此溝道的飽和程度變化產(chǎn)生溝道電阻變化，對于整個(gè)導通電阻的占比的影響大，特別是VGS相差比較大的時(shí)候，對于導通電阻的影響非常明顯，如下圖所示。

　　(2)恒流區被稱(chēng)為飽和區、線(xiàn)性區，當VGS一定的時(shí)候，溝道對應著(zhù)一定的飽和程度，也對應著(zhù)跨導限制的最大電流。恒流區也被稱(chēng)為放大區，因為MOSFET也可以作為信號放大元件，可以工作在和三極管相類(lèi)似的放大狀態(tài)，MOSFET的恒流區就相當于三極管的放大區。另外恒流區還可以稱(chēng)為線(xiàn)性區，這些名稱(chēng)只是定義的角度不同，叫法不同。

　　問(wèn)題3：什么是功率MOSFET的放大區，可否介紹一下?

　　問(wèn)題回復：

　　MOSFET線(xiàn)性工作區和三極管放大區工作原理一樣，如IB=1mA，電流放大倍數為100，IC=100mA。對于MOSFET，VTH=3V，VGS=4V，跨導為20，那么ID=20A，這是穩定的放大區，LDO、信號放大器、功放和恒流源(早期汽車(chē)的雨刷、門(mén)窗等電機控制電路)等應用，使用MOSFET作為調整管，MOSFET就工作于穩定放大區。

　　開(kāi)關(guān)電源等現代的高頻電力電子系統，MOSFET工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，相當于在截止區和導變電阻區(完全導通)快速的切換，但是，在切換過(guò)程必須跨越放大區，這樣電流、電壓有交錯，于是就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)損耗，因此MOSFET在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，跨越放大區是產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗最根本原因。有些應用如熱插撥、負載開(kāi)關(guān)等，通過(guò)人為地增加放大區時(shí)間來(lái)控制回路浪涌電流，以后會(huì )專(zhuān)門(mén)介紹。

　　問(wèn)題4：PWM芯片的供電電壓為5V，去驅動(dòng)通用驅動(dòng)電壓的功率MOSFET，有什么問(wèn)題?

　　問(wèn)題分析：

　　檢查數據表中不同的VGS的導通電阻，發(fā)現對應的導通電阻變大，因此功率MOSFET的損耗將增加，溫度升高，同時(shí)系統的效率降低。極端情況下在低溫的時(shí)候，一些VTH偏上限的器件可能不能正常開(kāi)通。