vmos管是什么-vmos管工作原理、檢測(cè)方法、特性與注意事項(xiàng)詳解-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-09-25
vmos管是什么，vmos管全稱V-groove metal-oxide semiconductor，或功率場(chǎng)效應(yīng)管，其全稱為V型槽MOS場(chǎng)效應(yīng)管。
VMOS功率場(chǎng)管的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，圖1(b)為P溝道VMOS管柵極做成V形槽狀，使得柵極表面和氧化膜表面的面積較大，有利于大電流控制，柵極仍然與漏、源極是絕緣的，因此VMOS管也是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。漏極D從芯片上引出。與MOS管比較，—是源極與兩極的面積大，二是垂直導(dǎo)電(Mos管是沿表面水平導(dǎo)電)，二者決定了VMOS管的漏極電流ID比MOS管大。電流ID的流向?yàn)椋簭闹負(fù)诫sM+型區(qū)源極出發(fā)，通過(guò)P溝道進(jìn)入輕摻雜N-漂移區(qū)，然后到達(dá)漏極。這種管于的耐壓高、功率大，被廣泛用于放大器、開(kāi)關(guān)電源和逆變器中，使用時(shí)要注意加裝散熱器，以免燒杯管子。
vmos管是什么，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，vmos管分為兩大類(lèi)：
VMOS管，即垂直導(dǎo)電V形槽MOS管；
VDMOS管，即垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散MOS管。
它們的結(jié)構(gòu)分別如圖1-15（a）、（b） 所示，其中（a）為VVMOS結(jié)構(gòu)剖面圖，（b）為VDMOS結(jié)構(gòu)剖面圖。下面以VVMOS結(jié)構(gòu)為例，說(shuō)明一下VMOS管的構(gòu)成。
獲得垂直溝道的一種方法是形成穿入硅表面的V形槽，開(kāi)始時(shí)在N+襯底上生成一個(gè)N-外延層，在此外延層內(nèi)進(jìn)行一次摻雜頗輕的P型溝道體擴(kuò)散，隨后是一次N+源區(qū)擴(kuò)散。然后刻蝕出V 形槽，并使它延伸進(jìn)入到N-外延層內(nèi)。最后生長(zhǎng)氧化掩蓋層。再通過(guò)金屬化提供柵極及其它所需的連接。包括N+源區(qū)與P溝道體之間的連接。
按導(dǎo)電溝道劃分，VMOS管可分為N溝道型和P溝道型兩種，可與雙極晶體管的npn型和pnp型相對(duì)應(yīng)。
作為一個(gè)例子，圖1-16 畫(huà)出N溝道增強(qiáng)型VMOS管的輸出特性曲線。從形狀上看，它與雙極晶體管的輸出特性相似。但內(nèi)含不一樣，這是由VMOS管的基本特性決定的。VMOS管輸出特性中的每一條曲線是以柵源電壓Ugs為參變量畫(huà)出的，面雙極晶體管輸出特性的每一條曲線是以基極電流Ib為參變量畫(huà)出的。
（1）判定柵極G
將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1k檔分別測(cè)量三個(gè)管腳之間的電阻。若發(fā)現(xiàn)某腳與其它兩腳的電阻均呈無(wú)窮大，并且交換表筆后仍為無(wú)窮大，則證明此腳為G極，因?yàn)樗土硗鈨蓚€(gè)管腳是絕緣的。
（2）判定源極S、漏極D
在源-漏之間有一個(gè)PN結(jié)，因此根據(jù)PN結(jié)正、反向電阻存在差異，可識(shí)別S極與D極。用交換表筆法測(cè)兩次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，此時(shí)黑表筆的是S極，紅表筆接D極。
（3）測(cè)量漏-源通態(tài)電阻RDS（on）
將G-S極短路，選擇萬(wàn)用表的R×1檔，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應(yīng)為幾歐至十幾歐。
由于測(cè)試條件不同，測(cè)出的RDS（on）值比手冊(cè)中給出的典型值要高一些。例如用500型萬(wàn)用表R×1檔實(shí)測(cè)一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W，大于0.58W（典型值）。
（4）檢查跨導(dǎo)
將萬(wàn)用表置于R×1k（或R×100）檔，紅表筆接S極，黑表筆接D極，手持螺絲刀去碰觸柵極，表針應(yīng)有明顯偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)愈大，管子的跨導(dǎo)愈高。
VMOS實(shí)驗(yàn)：工頻同步整流電路
這個(gè)電路實(shí)踐上很少見(jiàn)，但是關(guān)于入門(mén)理論卻比擬適用。
VMOS之所以能成為MOSFET乃至FET的應(yīng)用主流，主要緣由是低電壓規(guī)格的飽和導(dǎo)通電阻十分低，遠(yuǎn)低于二極管的壓降，在低壓大電流的應(yīng)用中具有無(wú)可比較的優(yōu)勢(shì)，也是便攜設(shè)備的首選，就像木書(shū)第l章的圖1.3顯現(xiàn)的那樣，它的低阻特性十分有用。
VMOS的低壓、低飽和導(dǎo)通電阻特性的主要應(yīng)用有兩方面，一是DC-DC開(kāi)關(guān)電源，加上它的高速特性，可以大幅度進(jìn)步電路效率并減小體積；二是同步整流，可以有效進(jìn)步電路效率，特別是低輸出電壓電路的效率。
同步整流電路是應(yīng)用有源器件來(lái)替代二極管，用主動(dòng)伺服控制電路來(lái)控制有源器件的開(kāi)關(guān)來(lái)模仿二極管停止整流的電路。由于BJT、IGBT等有源器件在飽和壓降方面與二極管相比j1優(yōu)勢(shì)，因而目前常說(shuō)的同步整流電路，簡(jiǎn)直都是基于VMOS的，在30V以內(nèi)的輸出電壓規(guī)格的電源中，同步整流都有功耗方面的優(yōu)勢(shì)，而且輸出電壓越低，這個(gè)優(yōu)勢(shì)越大。比擬典型的常見(jiàn)例子是PC。
同步整流電路大都用于開(kāi)關(guān)電源，即高頻整流電路，鮮有用于丁頻電路的，這主要是由于同步整流電路的電路復(fù)雜，本錢(qián)比二極管整流要高得多。而且，VMOS所能適用的上作頻率（兆赫茲級(jí)別）與市電工頻(50/60Hz)相比，真實(shí)是有點(diǎn)大材小用了。
不過(guò)，正是由于這個(gè)頻率太低了，因而我們才有可能將電路盡量簡(jiǎn)單化，這樣我們就有可能在入門(mén)的時(shí)分體驗(yàn)到同步整流的優(yōu)勢(shì)了。而且，同步整流小但功耗低，整流器件的導(dǎo)通電阻對(duì)外電路而言，是電源內(nèi)部的一局部，在很多應(yīng)用中，低內(nèi)阻電源也足十分有用的。
在音頻應(yīng)用中，為了追求低內(nèi)阻，功放電路的電源常常用快恢復(fù)二極管和肖特基二極管來(lái)替代普通整流二極管，前級(jí)電路則常常采用有源伺服和并聯(lián)穩(wěn)壓電路（當(dāng)然還有追求低紋波的需求），單從內(nèi)阻指標(biāo)來(lái)看，同步整流的指標(biāo)要明顯優(yōu)于上述方式。
為了追求電路的簡(jiǎn)單化，下面這個(gè)實(shí)驗(yàn)電路在適用化方面可能不是那么完美（如上圖），但是也足以顯現(xiàn)同步整流的優(yōu)勢(shì)。
（1）VMOS管亦分N溝道管與P溝道管，但絕大多數(shù)產(chǎn)品屬于N溝道管。對(duì)于P溝道管，測(cè)量時(shí)應(yīng)交換表筆的位置。
（2）有少數(shù)VMOS管在G-S之間并有保護(hù)二極管，本檢測(cè)方法中的1、2項(xiàng)不再適用。
（3）目前市場(chǎng)上還有一種VMOS管功率模塊，專(zhuān)供交流電機(jī)調(diào)速器、逆變器使用。例如美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IRFT001型模塊，內(nèi)部有N溝道、P溝道管各三只，構(gòu)成三相橋式結(jié)構(gòu)。
（4）現(xiàn)在市售VNF系列（N溝道）產(chǎn)品，是美國(guó)Supertex公司生產(chǎn)的超高頻功率場(chǎng)效應(yīng)管，其最高工作頻率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信號(hào)低頻跨導(dǎo)gm=2000μS。適用于高速開(kāi)關(guān)電路和廣播、通信設(shè)備中。
（5）使用VMOS管時(shí)必須加合適的散熱器后。以VNF306為例，該管子加裝140×140×4（mm）的散熱器后，最大功率才能達(dá)到30W。
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