MOS管,它究竟是什么?具备怎样的特性?在控制器电路中,MOS管存在多个工作状态,而MOS主要的损耗与这些状态息息相关。
MOS的工作状态主要包括:开启状态(由截至到导通的过渡过程)、导通状态、关闭状态(由导通到截至的过渡过程)、截至状态。
MOS主要的损耗包括:开关损耗(开启状态和关闭状态)、导通损耗、截至损耗(由漏电流引起的,这部分损耗一般忽略不计),还有雪崩能量损耗。只要这些损耗控制在MOS承受规格范围内,MOS就能够正常运行;一旦超出范围,MOS就会遭受损坏。值得一提的是,开关损耗往往大于导通状态损耗,不同类型的MOS管这个差距可能会相当大。
造成MOS损坏的主要原因有:
过电流——持续大电流或瞬间超大电流导致结温过高而引发烧毁。
过压——源极和漏极之间的过压击穿、源极和栅极之间的过压击穿。
静电——静电击穿,对于CMOS电路来说,都是一个不可忽视的威胁。
MOS开关原理:
MOS是一种电压驱动型器件,只要栅极和源极之间施加适当的电压,源极和漏极之间的通路就会形成。这个通路的电阻被称为MOS内阻,即导通电阻。这个内阻的大小基本上决定了MOS芯片能够承受的最大导通电流;内阻越小,承受电流就越大(因为发热量较小)。
防止MOS损坏:
MOS问题远不止这些。麻烦在于其栅极和源极之间、源极和漏极之间,以及栅极和漏极之间,都存在着等效电容。因此,给栅极施加电压就是给这些电容充电的过程;而MOS的源极和漏极之间的开启过程则受到栅极电容充电过程的制约。
然而,这三个等效电容之间是串并联关系,彼此相互影响,而不是独立的。其中一个关键电容是栅极和漏极之间的电容Cgd,也被称为米勒电容。这个电容随着栅极和漏极之间的电压变化而迅速变化。米勒电容是给栅极和源极电容充电的绊脚石,因为一旦栅极给栅 - 源电容Cgs充电达到一个平台后,栅极的充电电流就会被用于给米勒电容Cgd充电。这时,栅极和源极之间的电压不再升高,达到了一个平台,也就是所谓的米勒平台。
Gs极加电容,减慢MOS管的导通时间,有助于减小米勒振荡。这样可以防止MOS管的烧毁。
如果充电速度过快,就会导致剧烈的米勒振荡;而充电速度过慢,则会减小振荡,但会延长开关时间,增加开关损耗。MOS的开启过程从无穷电阻到导通内阻很小的阻值,是一个转变过程。
总之,选择Qgs和Qgd小的MOS管,并且同时具有低内阻,可以有效减小损耗。
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