在現(xiàn)代電子電路不斷發(fā)展的背景下，MOS 管作為一種至關(guān)重要的電壓驅(qū)動(dòng)型器件，其應(yīng)用、選型及工作損耗等方面的問(wèn)題備受關(guān)注。本文將深入探討 MOS 管的類型與應(yīng)用、關(guān)鍵參數(shù)以及工作過(guò)程中的損耗，并提出相應(yīng)的降低損耗方法。

MOS 管的類型與應(yīng)用

MOS 管主要分為 NMOS 管和 PMOS 管，它們?cè)陔娐贩?hào)上有所區(qū)別，箭頭往里為 NMOS，箭頭往外為 PMOS，箭頭方向代表負(fù)電子走向。在應(yīng)用方面，MOS 管常作為電子開(kāi)關(guān)使用。NMOS 管在控制信號(hào) G 極為高電平時(shí)導(dǎo)通，低電平時(shí)斷開(kāi)；PMOS 管則相反，G 極為低電平時(shí)導(dǎo)通，高電平時(shí)斷開(kāi)。不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用中，人們可能會(huì)忘記 MOS 管哪個(gè)引腳作為電源輸入。其實(shí)，只要記住 MOS 管體二極管的負(fù)極作為電源輸入端即可。體二極管是 MOS 管不可避免的寄生二極管，它的存在會(huì)帶來(lái)一些影響。例如，其正向壓降較高會(huì)增加開(kāi)關(guān)損耗，導(dǎo)致 MOS 管發(fā)熱；在高頻開(kāi)關(guān)應(yīng)用中，反向恢復(fù)時(shí)間和電流會(huì)影響效率和產(chǎn)生電磁干擾。

MOS 管的關(guān)鍵參數(shù)

1. 額定電壓（Vds）：這是 MOS 管能承受的電壓，與之對(duì)應(yīng)的 VDSS 是漏 - 源擊穿電壓。VDS 是動(dòng)態(tài)電壓，會(huì)隨電路工作狀態(tài)變化；VDSS 是靜態(tài)額定值，且具有正溫度系數(shù)，使用時(shí)需保留一定電壓裕量。
2. 閾值電壓（VGS (th)）：也叫門(mén)閾電壓或開(kāi)啟電壓，是 MOS 管導(dǎo)通的臨界電壓。NMOS 導(dǎo)通條件是柵極輸入電壓大于閾值電壓，PMOS 則相反。
3. 電流（Id）：指 MOS 管能承受的電流值，選型時(shí)要根據(jù)實(shí)際電流值選擇，一般降額 50% 以上使用。
4. 跨導(dǎo)（gm）：反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力，是衡量 MOS 管放大能力的標(biāo)識(shí)之一。小功率管 gm 可做大，大功率管 gm 一般較小。
5. 開(kāi)關(guān)速度：由 Qg、Qgs、Qgd、td (on)、td (off)、tr、tf 等參數(shù)共同構(gòu)成。為減小切換時(shí)間，需選擇低輸入電容的 MOSFET，提供足夠驅(qū)動(dòng)電流，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)并考慮溫度影響。
6. 導(dǎo)通電阻（Rds (on)）：越小則 MOS 管導(dǎo)通能力越強(qiáng)，選型時(shí)應(yīng)盡量選擇導(dǎo)通電阻小的 MOS 管。
7. 溫度特性：MOS 管的性能會(huì)隨溫度變化，如閾值電壓、飽和電流、導(dǎo)通電阻等參數(shù)都會(huì)受溫度影響。
8. 封裝類型：不同封裝類型適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景，選型時(shí)需根據(jù)實(shí)際需求選擇。
9. 可靠性與質(zhì)量：選擇可靠的廠商是保證 MOS 管穩(wěn)定工作的重要因素，如英飛凌、安森美半導(dǎo)體等都是的 MOSFET 制造廠商。

MOS 管的工作損耗

1. 導(dǎo)通損耗（Pon）：由導(dǎo)通電阻引起，計(jì)算公式因 MOS 管工作狀態(tài)而異。當(dāng) MOS 管一直導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)電流和導(dǎo)通電阻計(jì)算；周期性導(dǎo)通和截止時(shí)，需考慮占空比；電流為脈沖或交流時(shí)，使用電流有效值計(jì)算。
2. 截止損耗（Poff）：MOS 管在關(guān)斷狀態(tài)下存在少量漏電流，會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)功耗。選擇低漏電流的 MOS 管、使用適當(dāng)偏置電壓和更別封裝可減少截止損耗。
3. 開(kāi)關(guān)損耗（Psw）：發(fā)生在 MOS 管導(dǎo)通和截止切換過(guò)程中，受米勒電容、柵極電荷、開(kāi)關(guān)頻率等因素影響。提高開(kāi)關(guān)速度、選擇合適 MOS 管和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)可降低開(kāi)關(guān)損耗。
4. 米勒平臺(tái)損耗（PMiller）：由于米勒電容的存在，柵極電壓上升速度減慢，延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)時(shí)間，導(dǎo)致功率損耗。降低柵極電阻、選用低米勒電容的 MOS 管和優(yōu)化開(kāi)關(guān)波形可減少該損耗。
5. 柵極驅(qū)動(dòng)損耗（Pgs）：由柵極電荷充放電過(guò)程中電流通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)電路電阻產(chǎn)生，受柵極電荷、開(kāi)關(guān)頻率和柵極驅(qū)動(dòng)電壓影響。優(yōu)化柵極驅(qū)動(dòng)電路、選擇低 Qg 的 MOSFET 和降低開(kāi)關(guān)頻率可減少損耗。
6. 體內(nèi)寄生二極管正向?qū)〒p耗（Pd_f）：當(dāng)體二極管正向?qū)〞r(shí)會(huì)產(chǎn)生功率損耗，使用肖特基二極管、同步整流和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)可降低該損耗。
7. 體內(nèi)寄生二極管反向恢復(fù)時(shí)間損耗（Pd_recover）：體二極管反向恢復(fù)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生損耗，影響開(kāi)關(guān)電源效率和產(chǎn)生電磁干擾。選擇體二極管特性良好的 MOSFET、使用肖特基二極管和同步整流可減少反向恢復(fù)損耗。