MOSFET柵極電壓對電流的影響-MOSFET柵極應(yīng)用電路深度剖析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-12-08
MOSFET柵極，場效應(yīng)管根據(jù)三極管的原理開發(fā)出的新一代放大元件，有3個極性，柵極，漏極，源極，它的特點(diǎn)是柵極的內(nèi)阻極高，采用二氧化硅材料的可以達(dá)到幾百兆歐，屬于電壓控制型器件。場效應(yīng)晶體管（FieldEffectTransistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。
1:去除電路耦合進(jìn)去的噪音，提高系統(tǒng)的可靠性。
2：加速M(fèi)OSFET的導(dǎo)通，降低導(dǎo)通損耗。
3：加速M(fèi)OSFET的關(guān)斷，降低關(guān)斷損耗。
4：降低MOSFET DI/DT，保護(hù)MOSFET同時抑制EMI干擾。
5：保護(hù)柵極，防止異常高壓條件下柵極擊穿。
6：增加驅(qū)動能力，在較小的信號下，可以驅(qū)動MOSFET。
首先說一下電源IC直接驅(qū)動，下圖是我們最常用的直接驅(qū)動方式，在這類方式中，我們由于驅(qū)動電路未做過多處理，因此我們進(jìn)行PCB LAYOUT時要盡量進(jìn)行優(yōu)化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長度，增加走線寬度，盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進(jìn)的位置，從而達(dá)到減少寄生電感，消除噪音的目的。
當(dāng)然另一個問題我們得考慮，那就是PWM CONTROLLER的驅(qū)動能力，當(dāng)MOSFET較大時，IC驅(qū)動能力較小時，會出現(xiàn)驅(qū)動過慢，開關(guān)損耗過大甚至不能驅(qū)動的問題，這點(diǎn)我們在設(shè)計時需要注意。
當(dāng)然，對于IC內(nèi)部驅(qū)動能力不足的問題我們也可以采用下面的方法來解決。
這種增加驅(qū)動能力的方式不僅增加了導(dǎo)通時間，還可以加速關(guān)斷時間，同時對控制毛刺及功率損耗由一定的效果。當(dāng)然這個我們在LAYOUT時要盡量將這兩個管子放的離MOSFET柵極較近的位置。這樣做的好處還有減少了寄生電感，提高了電路的抗干擾性。
如果我們單單要增加MOSFET的關(guān)斷速度，那么我們可以采用下面的方式來進(jìn)行。
關(guān)斷電流比較大時，能使MOSFET輸入電容放電速度更快，從而降低關(guān)斷損耗。大的放電電流可以通過選擇低輸出阻抗的MOSFET或N溝道的負(fù)的截止的電壓器件來實(shí)現(xiàn)，最常用的就是加加速二極管。
柵極關(guān)斷時，電流在電阻上產(chǎn)生的壓降大于二極管導(dǎo)通壓降時，這時二極管會導(dǎo)通，從而將電阻進(jìn)行旁路，導(dǎo)通后，隨著電流的減小，二極管在電路中的作用越來越小，該電路作用會顯著的減小MOSFET關(guān)斷的延遲時間。
PNP加速關(guān)斷電路是目前應(yīng)用最多的電路，在加速三級管的作用下可以實(shí)現(xiàn)瞬間的柵源短路，從而達(dá)到最短的放電時間，之所以加二極管一方面是保護(hù)三級管基極，另一方面是為導(dǎo)通電流提供回路及偏置，該電路的優(yōu)點(diǎn)為可以近似達(dá)到推拉的效果加速效果明顯，缺點(diǎn)為柵極由于經(jīng)過兩個PN節(jié)，不能是柵極真正的達(dá)到0伏。
當(dāng)源極輸出為高電壓的情況時，需要采用偏置電路達(dá)到電路工作的目的，既以源極為參考點(diǎn)，搭建偏置電路，驅(qū)動電壓在兩個電壓之間波動，驅(qū)動電壓偏差由低電壓提供，如下圖所示。
當(dāng)然，這個圖有點(diǎn)問題，不知道大家看出來來了嗎？
其實(shí)問題就是“驅(qū)動電源”需要懸浮，下面就是正確的電路如，供各位參考。
為了滿足安全隔離的要求或者提供高端浮動?xùn)艠O驅(qū)動經(jīng)常會采用變壓器驅(qū)動。這種驅(qū)動將驅(qū)動控制和MOSFET進(jìn)行了隔離，可以應(yīng)用到低壓及高壓電路中去，如下圖所示
變壓器驅(qū)動說白了就是隔離驅(qū)動，當(dāng)然現(xiàn)在也有專門的驅(qū)動IC可以解決，但變壓器驅(qū)動有自己的特點(diǎn)使得很多人一直在堅持用。
圖中耦合電容的作用是為磁化的磁芯提供復(fù)位電壓，如果沒有這個電容，會出現(xiàn)磁飽和。
與電容串聯(lián)的電阻的作用是為了防止占空比突然變化形成LC的震蕩，因此加這個電阻進(jìn)行緩解。
下面是一個實(shí)際的自舉逆變圖，供參考。
圖中顯示的是電子密度的變化。閾值電壓在0.45V左右。
FET通過影響導(dǎo)電溝道的尺寸和形狀，控制從源到漏的電子流（或者空穴流）。溝道是由（是否）加在柵極和源極的電壓而創(chuàng)造和影響的（為了討論的簡便，這默認(rèn)體和源極是相連的）。導(dǎo)電溝道是從源極到漏極的電子流。
耗盡模式
在一個n溝道"耗盡模式"器件，一個負(fù)的柵源電壓將造成一個耗盡區(qū)去拓展寬度，自邊界侵占溝道，使溝道變窄。如果耗盡區(qū)擴(kuò)展至完全關(guān)閉溝道，源極和漏極之間溝道的電阻將會變得很大，F(xiàn)ET就會像開關(guān)一樣有效的關(guān)閉（如右圖所示，當(dāng)柵極電壓很低時，導(dǎo)電溝道幾乎不存在）。類似的，一個正的柵源電壓將增大溝道尺寸，而使電子更易流過（如右圖所示，當(dāng)柵極電壓足夠高時，溝道導(dǎo)通）。
增強(qiáng)模式
相反的，在一個n溝道"增強(qiáng)模式"器件中，一個正的柵源電壓是制造導(dǎo)電溝道所必需的，因?yàn)樗豢赡茉诰w管中自然的存在。正電壓吸引了體中的自由移動的電子向柵極運(yùn)動，形成了導(dǎo)電溝道。但是首先，充足的電子需要被吸引到柵極的附近區(qū)域去對抗加在FET中的摻雜離子；這形成了一個沒有運(yùn)動載流子的被稱為耗盡區(qū)的區(qū)域，這種現(xiàn)象被稱為FET的閾值電壓。更高的柵源電壓將會吸引更多的電子通過柵極，則會制造一個從源極到漏極的導(dǎo)電溝道；這個過程叫做"反型"。
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