MOS管参数与设计选型

1， 极限参数：
ID ：最大漏源电流。是指场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流。场效应管的工作电流不应超过 ID 。此参数会随结温度的上升而有所减额。
IDM ：最大脉冲漏源电流。此参数会随结温度的上升而有所减额。
PD ：最大耗散功率。是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。使用时，场效应管实际功耗应小于 PDSM 并留有一定余量。此参数一般会随结温度的上升而有所减额。
VGS ：最大栅源电压。Tj ：最大工作结温。通常为 150 ℃ 或 175 ℃ ，器件设计的工作条件下须确应避免超过这个温度，并留有一定裕量。
TSTG ：存储温度范围。
2，静态参数
V(BR)DSS ：漏源击穿电压。是指栅源电压 VGS 为 0 时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一项极限参数， 加在场效应管上的工作电压必须小于 V(BR)DSS 。它具有正温度特性。故应以此参数在低温条件下的值作为安全考虑。
△ V(BR)DSS/ △ Tj ：漏源击穿电压的温度系数，一般为 0.1V/ ℃。
RDS(on) ：在特定的 VGS （一般为 10V ）、结温及漏极电流的条件下， MOSFET 导通时漏源间的最大阻抗。它是一个非常重要的参数，决定了 MOSFET 导通时的消耗功率。此参数一般会随结温度的上升而有所增大。故应以此参数在最高工作结温条件下的值作为损耗及压降计算。
VGS(th) ：开启电压（阀值电压）。当外加栅极控制电压 VGS 超过 VGS(th) 时，漏区和源区的表面反型层形成了连接的沟道。应用中，常将漏极短接条件下 ID 等于 1 毫安时的栅极电压称为开启电压。此参数一般会随结温度的上升而有所降低。
IDSS ：饱和漏源电流，栅极电压 VGS=0 、 VDS 为一定值时的漏源电流。一般在微安级。
IGSS ：栅源驱动电流或反向电流。由于 MOSFET 输入阻抗很大， IGSS 一般在纳安级。
3，动态参数
gfs ：跨导。是指漏极输出电流的变化量与栅源电压变化量之比，是栅源电压对漏极电流控制能力大小的量度。
Qg ：栅极总充电电量。MOSFET 是电压型驱动器件，驱动的过程就是栅极电压的建立过程，这是通过对栅源及栅漏之间的电容充电来实现的，下面将有此方面的详细论述。
Qgs ：栅源充电电量。
Qgd ：栅漏充电（考虑到 Miller 效应）电量。
Td(on) ：导通延迟时间。从有输入电压上升到 10% 开始到 VDS 下降到其幅值 90% 的时间
Tr ：上升时间。输出电压 VDS 从 90% 下降到其幅值 10% 的时间。
Td(off) ：关断延迟时间。输入电压下降到 90% 开始到 VDS 上升到其关断电压时 10%的时间。
Tf ：下降时间。输出电压 VDS 从 10% 上升到其幅值 90% 的时间。
Ciss ：输入电容， Ciss= CGD + CGS （ CDS 短路）。
Coss ：输出电容。Coss = CDS +CGD 。
Crss ：反向传输电容。Crss = CGD 。


4 雪崩击穿特性参数
这些参数是 MOSFET 在关断状态能承受过压能力的指标。如果电压超过漏源极限电压将导致器件处在雪崩状态。
EAS ：单次脉冲雪崩击穿能量。这是个极限参数，说明 MOSFET 所能承受的最大雪崩击穿能量。
IAR ：雪崩电流。
EAR ：重复雪崩击穿能量。


t 0 之前：
MOSFET 处于关闭状态，其漏源间承受全部电压 Vdd ，栅极电压
VGS 和漏极电流 ID 为零；
t 0 ~ t 1 时期：
VGS 上升到 VG(th) 之前漏极电流ID ≈ 0A 。

t1~t2 时期：
t1 时刻 MOSFET 被打开，在 t1~t2 期间 IG给 Ciss 继续充电。栅极电压 VGS 继续上升。漏极电流 iD从 t1 时刻起依 VGS 按一定函数关系爬升。此上升斜坡持续直至 t2 时刻电流 iD达到饱和或达到负载最大电流。漏源极之间依然承受近乎全部电压 Vdd。

t 2 ~ t3 时期 ：
t 2 时刻电流 ID 达到饱和或达到负载最大电流并维持恒定，而漏源电压 VDS 继续下降。
t 3 ~ t 4 时期：
t 3 时刻，在 IG 的继续充电下， VGS 又进入线性上升阶段。这时候漏极电压下降至 VDS=Id ×Rds(on)，此时 MOSFET 的工作状态进入了电阻区，栅极电压不再受漏极电流影响自由上升。 VGS 平台的结束及第二次上升斜坡的开始表明器件在此时已完全开通。
Vgs 的各个阶段的时间跨度同栅极消耗电荷成比例（因△Q = IG△T ，而 IG 在此处为恒流源之输出）。t 0 ~ t 2 跨度代表了 Ciss （ VGS + CGD）所消耗的电荷，对应于器件规格书中提供的参数 Qgs(Gate to Source Charge) 。t 2 ~ t 3 跨度代表了 CGD （或称为米勒电容）消耗的电荷，对应于器件规格书中提供的参数 Qds(Gate to Drain (“Miller”) Charge) 。在 t3 时刻前消耗的所有电荷就是驱动电压为 Vdd 、电流为 Id 的 MOSFET 所需要完全开通的最少电荷需求量。t3 以后消耗的额外电荷并不表示驱动所必须的电荷，只表示驱动电路提供的多余电荷而已 -- 通常所加的驱动电压都会高于管子开通所需的最低电压以获得更低的导通电阻 RDS(on) 以减小导通损耗。


一般地可以根据器件规格书提供之如下几个参数作为初期驱动设计的计算假设：


米勒效应：
VGS 的曲线特性，即在t 2 ~ t3 时刻出现的平台（平台的高度及宽度 -- 米勒效应特征）跟 ID/VDS 有如下关系：ID（一般为负载最大电流）越大，其 VGS 平台越高，这是因为在饱和区 ID 与 VGS 存与在一个函数关系(Id = K(VGS-Vth)2) ；VDS 越大， 其 VGS 平台宽度越大，这是因为 VGS 平台宽度正比于漏源电压下降过程既(t2~t3 时期)所充的电量△Q t 2 ~ t3 = (t 3 - t 2 )IG = VDSCGD ，故亦正比于 VDS 。
在进行驱动电路设计之前，必须先清楚 MOS 管的模型、 MOS 管的开关过程、MOS 管的栅极电荷以及 MOS 管的输入输出电容、跨接电容、等效电容等参数对驱动的影响。驱动电路的好坏直接影响了电源的工作性能及可靠性，一个好的 MOSFET 驱动电路的基本要求是：
1. 开关管导通时，驱动电路应能提供足够大的充电电流使栅源电压上升到需要值，保证开关管快速开通且不存在上升沿的高频震荡。
2. 开关管导通期间驱动电路能保证 MOSFET 栅源间电压保持稳定使其可靠导通。
3. 关断瞬间驱动电路能提供一个低阻抗通路供 MOSFET 栅源间电压快速泻放，保证开关管能快速关断。
4. 关断期间驱动电路可以提供一定的负电压避免受到干扰产生误导通。
5. 驱动电路结构尽量简单，最好有隔离。


1 ）电压应力：
在电源电路应用中，往往首先考虑漏源电压 VDS 的选择。在此上的基本原则为MOSFET 实际工作环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的 90%
2） 漏极电流：
其次考虑漏极电流的选择。基本原则为 MOSFET 实际工作环境中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏源电流的 90% ；漏极脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的 90%。
一般地， ID_max 及 I D_pulse 具有负温度系数，故应取器件在最大结温条件下之ID_max 及 I D_pulse 值作为参考。根据经验，在实际应用中规格书目中之 ID 会比实际最大工作电流大数倍，这是因为散耗功率及温升之限制约束。建议初选于 3~5 倍左右。
3） 驱动要求：
MOSFEF 的驱动要求由其栅极总充电电量（ Qg ）参数决定。在满足其它参数要求的情况下，尽量选择 Qg 小者以便驱动电路的设计。驱动电压选择在保证远离最大栅源电压（ VGSS ） 前提下使 Ron 尽量小的电压值（一般使用器件规格书中的建议值） 。
4） 损耗及散热：
小的 Ron 值有利于减小导通期间损耗，小的 Rth 值可减小温度差（同样耗散功率条件下），故有利于散热。
5） 损耗功率初算：
MOSFET 损耗计算主要包含如下 8 个部分：
PD = Pon + Poff + Poff_on + Pon_off + Pds + Pgs+Pd_f+Pd_recover
详细计算公式应根据具体电路及工作条件而定。例如在同步整流的应用场合，还要考虑体内二极管正向导通期间的损耗和转向截止时的反向恢复损耗。
6） 耗散功率约束：
器件稳态损耗功率 PD,max 应以器件最大工作结温度限制作为考量依据。如能够预先知道器件工作环境温度，则可以按如下方法估算出最大的耗散功率：PD,max ≤ （ Tj,max - Tamb ） / R θj-a
MOSFET 的工作损耗基本可分为如下几部分：