MOS管的導通條件和MOS驅動(dòng)電流計算

**1. 關(guān)于MOS管的極限參數說(shuō)明：**

在以上圖中，我們需要持續關(guān)注的參數主要有：

a. **ID（持續漏極電流）**：該參數含義是mos可以持續承受的電流值，在設計中，產(chǎn)品的實(shí)際通過(guò)電流值應遠小于該值，至少應小于1/3以下，例：該mos管的使用持續電流應小于50A。

b. **PD（mos管的最大耗散功率）**：該參數是指設計中，實(shí)際通過(guò)mos管的電流與漏源兩端的電壓差值乘積，不應大于該值。 所以該值的很大程度取決于mos管中實(shí)際流過(guò)的電流值。

c. **Vgs（柵源電壓范圍）**：該值表示在mos管的實(shí)際開(kāi)啟關(guān)閉中，GS間所能承受的最大電壓范圍。

d. **VDSS（漏源間可承受的最大電壓差值）**：該值一般我們看最小電壓值，在實(shí)際設計中mos管DS端的電壓差值也應遠小于該值，并留有較大余量。（例如該mos管為75V，那么實(shí)際設計可承受的電壓值應小于40V）。

**2. 關(guān)于mos管開(kāi)啟電壓參數說(shuō)明：**

一般在datasheet中，我們一般都只僅僅關(guān)注了兩個(gè)參數值，如下圖中參數：

我們許多初級的設計師，在使用mos管一般就會(huì )僅僅只關(guān)注這兩個(gè)參數，即Vgs max與vgs th。

vgs max在上面參數中，我們已有說(shuō)明。

這里我們重點(diǎn)說(shuō)明下**vgs th**這個(gè)參數：

在該mos管中，該值的范圍為2v~4v之間，mos工作在放大區域。 即mos管的導通溝道沒(méi)有完全形成，這時(shí)的mos管是極其脆弱的。如果此時(shí)我們在mos管DS間設計大的電壓，就可能會(huì )導致mos管的損壞，具體的原因是mos管沒(méi)有完全導通，而此時(shí)DS壓差又很大，又因為mos管自身有電阻的影響，所以導致此時(shí)通過(guò)mos管的電流也是比較大的。

這里就需要說(shuō)明mos管的另外兩個(gè)概念，即：**預夾斷&夾斷**。

mos管的預夾斷：對于N溝道增強型MOS，只要VGS>VGSth，mos管DS之間就會(huì )出現反型層（即mos管已經(jīng)導通，并在DS間形成了一條通道，該通道形成是因為柵極電壓VGS的增大，將電子吸引至耗盡層形成），然后這時(shí)我們在mos管的DS間設置電壓，D端連接電源正極，S端連接電源負極。那么問(wèn)題就出現了，由于mos管的D端帶有正電壓，而形成的通道中帶有負電，所以此時(shí)D端就會(huì )出現對通道中電子的吸引。導致耗盡通道中靠近D端的通道越來(lái)越窄，而在S端的通道越來(lái)越寬的情況（排斥）。如下圖所示。

此時(shí)隨著(zhù)VDS的逐漸增大，當VDS=VGS-VGS th時(shí)，溝通在漏極一端恰好消失，此時(shí)就稱(chēng)為預夾斷。

mos管的夾斷：如果此時(shí)MOS管的D端電壓持續升高，即當VDS>VGS- VGS th時(shí)，那么MOS管的D端反型層將徹底消失，出現了夾斷區域。若此時(shí)VGS、VDS持續上升 ，那么S端的電子就會(huì )不受VGS控制，直接經(jīng)過(guò)空間電荷區到達漏極，這就會(huì )導致DS間直接導通，此時(shí)mos管將損壞。

以上的預夾斷和夾斷將使我們引出MOS管的 I-V曲線(xiàn)概念：

看完以上參數延申出來(lái)的問(wèn)題就是，VGS電壓值我們到底應該怎么選呢？它寫(xiě)的2~4v，那么設計時(shí)VGS只要大于4V，比如5V就可以了呢？

相信如果你理解了以上參數后，基本就會(huì )明白。 在設計時(shí)，我們不能僅僅只看VGSth的限制電壓，還需要結合VDS電壓進(jìn)行判斷。

**3. 關(guān)于MOS管開(kāi)啟時(shí)，對于柵極的電流是否有要求呢？**

這個(gè)問(wèn)題主要是很多時(shí)候的很多同學(xué)，都會(huì )提出反駁的意見(jiàn)。根據課本上學(xué)習的知識，MOS管是電壓型控制器件，所以開(kāi)關(guān)時(shí)對于柵極的電流沒(méi)有任何要求。 其實(shí)這樣的理解是不正確的。 這里就需要再重新理解下MOS管的開(kāi)關(guān)過(guò)程。我們需要引入MOS管的寄生電容與米勒效應。

圖中的CGD和CGS和CDS都是mos管的寄生電容，它是由于mos管的生產(chǎn)工藝決定的。

看到這里的電容相信很多同學(xué)就明白了，我們?yōu)槭裁凑f(shuō)MOS管的開(kāi)關(guān)也需要柵極電流的參與。我們可以這樣理解，當我們柵極接通電壓后，那么此時(shí)將先給CGS充電，當CGS充滿(mǎn)電后，才會(huì )進(jìn)一步打開(kāi)mos管。同理我們都知道電容充電時(shí)的電流要求是比較大的，如果此時(shí)我們的柵極不能提供足夠的電流能量，那么VGS處于米勒平臺的時(shí)間將會(huì )特別長(cháng)，顯然這不是我們想要的結果。如下圖

所以為了使mos管快速導通，我們就需要在柵極提供足夠大的電流，來(lái)使mos管快速導通。那么導體需要多大的電流才合適呢？這個(gè)其實(shí)可以通過(guò)datasheet提供的參數Qgs Qgd Qg（此處的單位為電荷量的庫侖）進(jìn)行計算出來(lái)。

下面我們根據此MOS計算mos管柵極打開(kāi)時(shí)，所需的電流值，公式如下：

**此處的FSW代表的為mos管開(kāi)關(guān)頻率，QG則代表的是mos管寄生電容值（一般我們取最大值）。

以該mos管的QG=170nc，FSW=500K為例計算：

IG=500*170=85000uA=85mA（所以從此處可以看出，當開(kāi)關(guān)頻率越高時(shí)，柵極所需要的驅動(dòng)電流越大），顯然這樣的電流不是我們一般IO管腳可以提供的，所以我們一般采用到了推挽電路（推挽電路需考慮三極管器件的0.7V壓降）或者專(zhuān)用的驅動(dòng)芯片進(jìn)行驅動(dòng)**。

**4. MOS管的SOA參數說(shuō)明：**

最后，我們還需要提一下mos管另一個(gè)重要曲線(xiàn)，即mos管的SOA曲線(xiàn)。如下圖，在這張圖中我們呢就可以根據我們實(shí)際的使用場(chǎng)景，來(lái)判斷出MOS管的持續通電時(shí)間，即高電平占空比即周期。

藍色：在VDS電壓比較小時(shí)，ID通過(guò)的電流大小主要由MOS管的RSDS（on）來(lái)進(jìn)行限制。在該區域內，當VGS電壓與環(huán)境溫度條件不變時(shí)時(shí)，我們近似把RDSON看似一個(gè)定值，由此得出VDS= ID · RDS（ON）。

黃色：在VDS升高到一定的值以后，MOS的安全區域主要由MOS的熱阻相關(guān)也就是耗散功率來(lái)進(jìn)行限制，而DC曲線(xiàn)則表示當流過(guò)電流為連續的直流電流時(shí)，MOSFET可以耐受的電流能力。其它標示著(zhù)時(shí)間的曲線(xiàn)則表示MOSFET可以耐受的單個(gè)脈沖電流（寬度為標示時(shí)間）的能力。單次脈沖是指單個(gè)非重復(單個(gè)周期)脈沖，單脈沖測試的是管子瞬間耐受耗散功率（雪崩能量）的能力，從這部分曲線(xiàn)來(lái)看，時(shí)間越短，可以承受的瞬間耗散功率就越大。

紅色：MOS管所能承受的最大脈沖漏極電流，也是對最大耗散功率進(jìn)行了限制。

綠色：MOS管所能承受的VDS最大電壓，如果VDS電壓過(guò)高，PN結會(huì )發(fā)生反偏雪崩擊穿，造成MOS管損壞。