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  • MOS管开关速度相关参数

    千次阅读 2021-01-19 19:57:43
    1、首先看一个普通SOT-23封装mos管的开关参数 Qg表示MOS管开关导通时栅极需要的总的电荷量,这个参数直接反应mos管的开关速度,越小的话MOS管的开关速度就越快。

    1、首先看一个普通SOT-23封装mos管AO3401的开关参数

    Qg表示MOS管开关导通时栅极需要的总的电荷量,这个参数直接反应mos管的开关速度,越小的话MOS管的开关速度就越快。

    2、对比看一个与SOT-23差不多大小的GaN的mos管参数,可以看出Qg是非常小的,开关速度非常的快。

    3、再看一个TO-252封装的MOS管AOD210的开关参数,可以看出封装较大的MOS的Qg也是非常大的

     

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  • 浅析MOS管开关速度影响因素-KIA MOS管

    千次阅读 2020-08-19 15:10:15
    MOS管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性,不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应,因此在开关应用中,MOS管开关速度应该比三极管快。 MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系,...

    MOS管快速开关

    无论N型或者P型MOS管,其工作原理是一样的。MOS管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。MOS管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性,不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应,因此在开关应用中,MOS管的开关速度应该比三极管快。

    MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系,使用者无法降低Cin,但可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数,加快开关速度,MOSFET只靠多子导电,不存在少子储存效应,因而关断过程非常迅速,开关时间在10—100ns之间,工作频率可达100kHz以上,是主要电力电子器件中最高的。

    场控器件静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电,仍需一定的驱动功率。开关频率越高,所需要的驱动功率越大。

    在器件应用时除了要考虑器件的电压、电流、频率外,还必须掌握在应用中如何保护器件,不使器件在瞬态变化中受损害。当然晶闸管是两个双极型晶体管的组合,又加上因大面积带来的大电容,所以其dv/dt能力是较为脆弱的。对di/dt来说,它还存在一个导通区的扩展问题,所以也带来相当严格的限制。

    功率MOSFET的情况有很大的不同。它的dv/dt及di/dt的能力常以每纳秒(而不是每微秒)的能力来估量。但尽管如此,它也存在动态性能的限制。这些我们可以从功率MOSFET的基本结构来予以理解。

    图4是功率MOSFET的结构和其相应的等效电路。除了器件的几乎每一部分存在电容以外,还必须考虑MOSFET还并联着一个二极管。同时从某个角度看、它还存在一个寄生晶体管。(就像IGBT也寄生着一个晶闸管一样)。这几个方面,是研究MOSFET动态特性很重要的因素。

    首先MOSFET结构中所附带的本征二极管具有一定的雪崩能力。通常用单次雪崩能力和重复雪崩能力来表达。当反向di/dt很大时,二极管会承受一个速度非常快的脉冲尖刺,它有可能进入雪崩区,一旦超越其雪崩能力就有可能将器件损坏。作为任一种PN结二极管来说,仔细研究其动态特性是相当复杂的。它们和我们一般理解PN结正向时导通反向时阻断的简单概念很不相同。当电流迅速下降时,二极管有一阶段失去反向阻断能力,即所谓反向恢复时间。PN结要求迅速导通时,也会有一段时间并不显示很低的电阻。在功率MOSFET中一旦二极管有正向注入,所注入的少数载流子也会增加作为多子器件的MOSFET的复杂性。

    功率MOSFET的设计过程中采取措施使其中的寄生晶体管尽量不起作用。在不同代功率MOSFET中其措施各有不同,但总的原则是使漏极下的横向电阻RB尽量小。因为只有在漏极N区下的横向电阻流过足够电流为这个N区建立正偏的条件时,寄生的双极性晶闸管才开始发难。然而在严峻的动态条件下,因dv/dt通过相应电容引起的横向电流有可能足够大。此时这个寄生的双极性晶体管就会起动,有可能给MOSFET带来损坏。所以考虑瞬态性能时对功率MOSFET器件内部的各个电容(它是dv/dt的通道)都必须予以注意。

    瞬态情况是和线路情况密切相关的,这方面在应用中应给予足够重视。对器件要有深入了解,才能有利于理解和分析相应的问题。

    KIA半导体MOS管具备挺大的核心竞争力,是开关电源生产厂家的最好的选择。KIA半导体 MOS管厂家主要研发、生产、经营:场效应管(MOS管)、COOL MOS(超结场效应管)、三端稳压管、快恢复二极管;广泛应用于逆变器、锂电池保护板、电动车控制器、HID车灯、LED灯、无刷电机、矿机电源、工业电源、适配器、3D打印机等领域;可申请样品及报价和有技术支持,有什么问题有技术员帮忙解决问题!有需要或想了解下的可以加扣扣:2880195519

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  • 三极管和MOS管开关速度谁快呀

    千次阅读 2020-03-05 15:54:57
    但也有的说三极管存在状态转换,例如开到关,即饱和到截至,PN结的感应电和需要恢复到平衡状态,所以开关速度MOS管较慢,MOS管常用于高速电路 就分立元件而言,是三极管的速度快,一般的产品目录上三极管都标注其...

    原文:http://bbs.elecfans.com/jishu_241849_1_1.html

    mos管上有等效电容的存在,所以开关时间比三极管长,三极管速度最快。 
    但也有的说三极管存在状态转换,例如开到关,即饱和到截至,PN结的感应电和需要恢复到平衡状态,所以开关速度比MOS管较慢,MOS管常用于高速电路
    就分立元件而言,是三极管的速度快,一般的产品目录上三极管都标注其带宽,而MOS管都不标注带宽或相应时间等和速度相关的参数。
    有些三极管的数据手册中给出上升时间、下降时间或导通时间、截止时间,这就是它的开关速度参数

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  • MOS管开关电路

    万次阅读 2018-05-10 11:02:16
    MOS管开关电路是利用MOS管栅极(g)控制MOS管源极(s)和漏极(d)通断的原理构造的电路。因MOS管分为N沟道与P沟道,所以开关电路也主要分为两种。一般情况下普遍用于高端驱动的MOS,导通时需要是栅极电压大于源极...

     

    MOS管开关电路是利用MOS管栅极(g)控制MOS管源极(s)和漏极(d)通断的原理构造的电路。因MOS管分为N沟道与P沟道,所以开关电路也主要分为两种。

    一般情况下普遍用于高端驱动的MOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC4V10V.如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。(所以看手册,具体分析)

    MOS管是电压驱动,按理说只要栅极电压到到开启电压就能导通DS,栅极串多大电阻均能导通。但如果要求开关频率较高时,栅对地或VCC可以看做是一个电容,对于一个电容来说,串的电阻越大,栅极达到导通电压时间越长,MOS处于半导通状态时间也越长,在半导通状态内阻较大,发热也会增大,极易损坏MOS,所以高频时栅极栅极串的电阻不但要小,一般要加前置驱动电路的

    MOS管开关电路的特点

    MOS管种类和结构

      MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。

      至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。

      对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS.原因是导通电阻小,且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS.下面的介绍中,也多以NMOS为主。

    MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍。

    MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要。可以在MOS管关断时为感性负载的电动势提供击穿通路从而避免MOS管被击穿损坏。顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。

    MOS管导通特性

    导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。

    NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V10V就可以了。

    PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS.

    MOS开关管损失

    不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。

    MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越快,损失也越大。

    导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。缩短开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。

     

    MOS管驱动

    跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。

    MOS管的结构中可以看到,在GSGD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。

    而在进行MOSFET的选择时,因为MOSFET有两大类型:N沟道和P沟道。在功率系统中,MOSFET可被看成电气开关。当在N沟道MOSFET的栅极和源极间加上正电压时,其开关导通。导通时,电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻,称为导通电阻RDSON)。必须清楚MOSFET的栅极是个高阻抗端,因此,总是要在栅极加上一个电压。这就是后面介绍电路图中栅极所接电阻至地。如果栅极为悬空,器件将可能因意外的干扰导致导通或关闭,导致系统产生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电压为零时,开关关闭,而电流停止通过器件。虽然这时器件已经关闭,但仍然有微小电流存在,这称之为漏电流,即IDSS.

     

     

     

    第一步:选用N沟道还是P沟道

    为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道。MOSFET.在典型的功率应用中,当一个MOSFET接地,而负载连接到干线电压上时,该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中,应采用N沟道MOSFET,这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。MOSFET连接到总线及负载接地时,就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOSFET,这也是出于对电压驱动的考虑。

     

             N沟道                                       P沟道

    第二步:确定额定电流

    第二步是选择MOSFET的额定电流。视电路结构而定,该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似,设计人员必须确保所选的MOSFET能承受这个额定电流,即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。该参数以IRM2502管DATASHEET为参考,参数如图所示

     

     

    在连续导通模式下,MOSFET处于稳态,此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流,只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。

    选好额定电流后,还必须计算导通损耗。在实际情况下,MOSFET并不是理想的器件,因为在导电过程中会有电能损耗,这称之为导通损耗。MOSFET导通时就像一个可变电阻,由器件的RDSON)所确定,并随温度而显着变化。器件的功率耗损可由Iload2&TImes;RDSON)计算,由于导通电阻随温度变化,因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOSFET施加的电压VGS越高,RDSON)就会越小;反之RDSON)就会越高。对系统设计人员来说,这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说,采用较低的电压比较容易(较为普遍),而对于工业设计,可采用较高的电压。注意RDSON)电阻会随着电流轻微上升。关于RDSON)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。

    第三步:确定热要求

    选择MOSFET的下一步是计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况,即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果,因为这个结果提供更大的安全余量,能确保系统不会失效。在MOSFET的资料表上还有一些需要注意的测量数据;比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻,以及最大的结温。

    IRLML2502的结温和储存温度

    器件的结温(TJ)等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻&TImes;功率耗散])。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散,即按定义相等于I2&TImes;RDSON)。由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流,因此可以计算出不同温度下的RDSON)。值得注意的是,在处理简单热模型时,设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温。

    通常,一个PMOS管,会有寄生的二极管存在,该二极管的作用是防止源漏端反接,对于PMOS而言,比起NMOS的优势在于它的开启电压可以为0,而DS电压之间电压相差不大,而NMOS的导通条件要求VGS要大于阈值,这将导致控制电压必然大于所需的电压,会出现不必要的麻烦。选用PMOS作为控制开关,有下面两种应用:

    第一种应用,由PMOS来进行电压的选择,当V8V存在时,此时电压全部由V8V提供,将PMOS关闭,VBAT不提供电压给VSIN,而当V8V为低时,VSIN8V供电。注意R120的接地,该电阻能将栅极电压稳定地拉低,确保PMOS的正常开启,这也是前文所描述的栅极高阻抗所带来的状态隐患。D9D10的作用在于防止电压的倒灌。D9可以省略。这里要注意到实际上该电路的DS接反,这样由附生二极管导通导致了开关管的功能不能达到,实际应用要注意。

    来看这个电路,控制信号PGC控制V4.2是否给P_GPRS供电。此电路中,源漏两端没有接反,R110R113存在的意义在于R110控制栅极电流不至于过大,R113控制栅极的常态,将R113上拉为高,截至PMOS,同时也可以看作是对控制信号的上拉,当MCU内部管脚并没有上拉时,即输出为开漏时,并不能驱动PMOS关闭,此时,就需要外部电压给予的上拉,所以电阻R113起到了两个作用。R110可以更小,到100欧姆也可。

    另外,我们再来MOS管的开关特性

    静态特性

    MOS管作为开关元件,同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件,所以主要由栅源电压uGS决定其工作状态。

    工作特性如下:

    uGS《开启电压UT:MOS管工作在截止区,漏源电流iDS基本为0,输出电压uDS≈UDDMOS管处于断开状态,其等效电路如下图所示。

    uGS》开启电压UT:MOS管工作在导通区,漏源电流iDS=UDD/RD+rDS)。其中,rDSMOS管导通时的漏源电阻。输出电压UDS=UDD·rDS/RD+rDS),如果rDSRD,则uDS≈0VMOS管处于接通状态,其等效电路如上图(c)所示。

    动态特性

    MOS管在导通与截止两种状态发生转换时同样存在过渡过程,但其动态特性主要取决于与电路有关的杂散电容充、放电所需的时间,而管子本身导通和截止时电荷积累和消散的时间是很小的。下图a)和(b)分别给出了一个NMOS管组成的电路及其动态特性示意图。

    NMOS管动态特性示意图

    当输入电压ui由高变低,MOS管由导通状态转换为截止状态时,电源UDD通过RD向杂散电容CL充电,充电时间常数τ1=RDCL.所以,输出电压uo要通过一定延时才由低电平变为高电平;当输入电压ui由低变高,MOS管由截止状态转换为导通状态时,杂散电容CL上的电荷通过rDS进行放电,其放电时间常数τ2≈rDSCL.可见,输出电压Uo也要经过一定延时才能转变成低电平。但因为rDSRD小得多,所以,由截止到导通的转换时间比由导通到截止的转换时间要短。

    由于MOS管导通时的漏源电阻rDS比晶体三极管的饱和电阻rCES要大得多,漏极外接电阻RD也比晶体管集电极电阻RC大,所以,MOS管的充、放电时间较长,使MOS管的开关速度比晶体三极管的开关速度低。不过,在CMOS电路中,由于充电电路和放电电路都是低阻电路,因此,其充、放电过程都比较快,从而使CMOS电路有较高的开关速度。(应用于CMOS电路的MOS管开关速度比较快)

     

     其他:

     

     

    Vgs_th = Gate Threshold Voltage, 指的是當一個电压施加於G-S, D-S开始通道形成, Spec 上的最大與最小值, 只供參考, 你必須在看一下

    "Vth Vs RDSon" 曲線, 知道通道完全形成時電壓, 所謂完全形成是規格上標示如50mR , 在到達50mR時的電壓, 驱动电压只能高不能低.......

     

    VGSmax = 指的是施加於G-S的電壓最高點

    VGSop = 指的是建議操作電壓,

     

    在你的驅動端若超過或有峰值, 你就必須用稳压管進行钳位, 超過MOSFET 會擊穿, 而杂讯問題, 通常是Layout 所引起的, 通常在MOSFET G脚有一個10K落地, 產生低阻, 再加上Ciss電容效應, 要讓MOSFET誤觸發機率不高, 至於Mosfet 關斷, 試看你的操作頻率, 通常驅動端

    Low Active 不會超過1V, 而以你的Spec 最低電壓2V來看,低於2V就關斷, 不會有問題......

     

     

     

     

    vishay半导体的NMOSsi2302Id2.1AIs0.6A。当这个管子用来做开关电路时,开关电流最大以Id为准还是Is ?

     

    看你如何应用了,通常做开关应用是以Id为准

    请注意 Is电流描述后面括号里面有个“二极管导通”,特殊情况,比如用mos管做电源反接保护,以及电机等感性负载驱动反向电动势存在时,需要考虑这个Is电流。

     

     

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