MOS管选型指南：如何选择合适的MOS管？

Release time：2025-03-31
author：AMEYA360
source：网络
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       MOS管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)是一种常用的半导体器件，具有低开关损耗、高开关速度、低驱动电压等优点，被广泛应用于电源管理、驱动电路、放大器等领域。但是，市面上MOS管品种繁多，如何选择合适的MOS管成为了工程师们面临的难题。本文将为您介绍MOS管选型的几个关键要素，帮助您选择合适的MOS管。

MOS管选型指南：如何选择合适的MOS管？

　　1.电压和电流

　　MOS管的电压和电流是选型时需要考虑的重要因素。电压是指MOS管能承受的较大电压，一般分为栅极-源极电压(Vgs)和漏极-源极电压(Vds)，选型时需要根据实际应用场景选择合适的电压等级。电流是指MOS管能承受的较大电流，也是选型时需要考虑的重要因素，需要根据实际应用场景选择合适的电流等级。

　　2.导通电阻

　　导通电阻是指MOS管在导通状态下的电阻大小，也是选型时需要考虑的重要因素。导通电阻越小，MOS管的导通能力越强，同时也会带来更小的开关损耗。因此，在选型时需要根据实际应用场景选择合适的导通电阻。

　　3.开关速度

　　开关速度是指MOS管从关断到导通或从导通到关断的时间，也是选型时需要考虑的重要因素。开关速度越快，MOS管的响应能力越强，同时也会带来更小的开关损耗。因此，在选型时需要根据实际应用场景选择合适的开关速度。

　　4.温度特性

　　温度特性是指MOS管在不同温度下的性能表现，也是选型时需要考虑的重要因素。MOS管的温度特性越好，其性能表现越稳定。因此，在选型时需要根据实际应用场景选择具有良好温度特性的MOS管。

　　综上所述，MOS管选型需要考虑的因素有很多，需要根据实际应用场景选择合适的MOS管。同时，在选型时需要注意MOS管的品牌、质量和可靠性等因素，选择具有优良品质和可靠性的MOS管，才能确保系统的稳定性和可靠性。


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常见耗尽型MOS管应用场景
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常见耗尽型MOS管应用场景

　　耗尽型MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)在电路设计中具有多种重要应用，这些应用主要得益于其独特的电气特性和工作原理。　　一、作为电流源　　耗尽型MOS管可以作为电流源使用。当MOS管的栅极电压恒定时，通过它的漏极电流也将恒定。因此，可以通过调节栅极电压来控制漏极电流的大小。这种电流源可以应用于各种场合，比如运放的输入级、电源稳压电路等。在这些应用中，耗尽型MOS管的高输入阻抗和低输出阻抗特性使得它能够提供稳定的电流输出，同时减小对输入信号的影响。　　二、作为开关　　耗尽型MOS管也可以作为开关使用。当栅极电压大于阈值电压时，MOS管处于导通状态，可以通过漏极和源极之间传导电流。而当栅极电压低于阈值电压时，MOS管处于截止状态，不会有电流通过。因此，可以通过控制栅极电压来控制MOS管的导通和截止，实现开关功能。这种开关电路广泛应用于各种数码产品、电源开关等场合。耗尽型MOS管的快速开关速度和高可靠性使其成为这些应用中的理想选择。　　三、作为放大器　　耗尽型MOS管还可以作为放大器使用。当MOS管处于导通状态时，漏极电流与栅极电压之间的关系符合一定的函数关系。通过调节栅极电压，可以控制漏极电流的大小，从而实现电流放大功能。这种放大电路可以应用于音频放大器、功率放大器等场合。耗尽型MOS管的放大特性使得它能够在这些应用中提供稳定的增益和线性度。　　四、在开环反馈电路中的应用　　在开环反馈电路中，耗尽型MOS管的漏极电流与输入电压之间的关系可以通过反馈电路进行调整。通过调整反馈电路中的元件数值，可以实现电路的增益、频率响应等特性的调节。这种应用使得耗尽型MOS管在模拟电路设计中具有更大的灵活性。　　五、作为电压比较器　　耗尽型MOS管还可以作为电压比较器使用。当输入电压与参考电压进行比较时，通过调节栅极电压，可以控制MOS管的导通与截止，从而实现电压比较的功能。这种电压比较器可以应用于过压保护、欠压保护等场合。耗尽型MOS管的高输入阻抗和低功耗特性使得它在这些应用中具有出色的性能。　　六、在开关电源中的应用　　在开关电源中，耗尽型MOS管作为开关管使用，可以实现高效率的能量转换。通过控制MOS管的导通和截止，可以实现电源输出的稳定和高效。耗尽型MOS管的快速开关速度和高可靠性使其成为开关电源设计中的理想选择。　　七、在逆变器电路中的应用　　逆变器电路将直流电源转换为交流电源，常见用于太阳能发电系统和无线电通信系统等。耗尽型MOS管作为逆变器的关键元件之一，通过控制MOS管的导通和截止，可以实现输出交流电压的控制。这种应用使得耗尽型MOS管在可再生能源和通信系统等领域中具有重要作用。　　八、在电机驱动电路中的应用　　通过控制耗尽型MOS管的导通和截止，可以控制电机的转速和转向。这种电机驱动电路广泛应用于各种电动车、机器人等设备。耗尽型MOS管的高可靠性和快速响应特性使得它在这些应用中能够提供精确的电机控制。　　九、在电压稳压器中的应用　　通过控制耗尽型MOS管的导通和截止，可以调节输出电压的大小，实现电压的稳定。电压稳压器被广泛应用于各种电子设备中，保证设备的正常工作。耗尽型MOS管的低漏电流和低功耗特性使得它在这些应用中具有出色的性能。　　综上所述，耗尽型MOS管在电路设计中具有多种重要应用。其高输入阻抗、低输出阻抗、快速开关速度和高可靠性等特性使得它成为电子领域中不可或缺的元件之一。随着科技的发展和应用的需求不断增加，耗尽型MOS管的应用将会更加广泛和多样化。
2025-03-28 14:49 reading：210
MOS管的应用与判断方法
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MOS管的应用与判断方法

　　MOS管是一种常用的半导体器件，广泛应用于电子产品中。它具有体积小、功耗低、速度快等优点，因此在数字电路、模拟电路、功率电子等领域得到了广泛的应用。但是，由于MOS管的参数比较多，判断其性能是否符合要求也比较复杂。下面将介绍MOS管的应用以及判断方法。　　MOS管的应用　　MOS管是一种常用的半导体器件，主要应用于数字电路、模拟电路、功率电子等领域。在数字电路中，MOS管常用于构建逻辑门电路和存储器电路。在模拟电路中，MOS管常用于构建放大器、滤波器等电路。在功率电子中，MOS管常用于构建开关电源、逆变器等电路。此外，MOS管还被广泛应用于LCD显示器、LED照明等领域。　　MOS管的判断方法　　MOS管的参数比较多，判断其性能是否符合要求也比较复杂。下面将介绍MOS管的判断方法。　　静态参数判断　　静态参数是指MOS管在静态工作状态下的参数，包括漏极电流、开启电压、截止电压等。这些参数可以通过测试仪器进行测量，以判断MOS管是否符合要求。　　动态参数判断　　动态参数是指MOS管在动态工作状态下的参数，包括开关速度、输出电容等。这些参数可以通过示波器进行测量，以判断MOS管是否符合要求。　　温度特性判断　　MOS管的性能会受到温度的影响，因此需要在不同温度下进行测试，以判断MOS管的温度特性是否符合要求。　　可靠性判断　　MOS管的可靠性是指其在长期使用过程中的稳定性和可靠性。可通过进行寿命测试、热稳定性测试等方式进行判断。　　总之，MOS管是一种常用的半导体器件，具有广泛的应用领域。判断MOS管的性能是否符合要求需要考虑静态参数、动态参数、温度特性以及可靠性等因素。
2025-03-27 16:51 reading：225
MOS管小电流发热怎么处理？
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MOS管小电流发热怎么处理？

　　Source、Drain、Gate —— 场效应管的三极：源级S、漏级D、栅级G。(这里不讲栅极GOX击穿了啊，只针对漏极电压击穿)　　先讲测试条件，都是源栅衬底都是接地，然后扫描漏极电压，直至Drain端电流达到1uA。所以从器件结构上看，它的漏电通道有三条：Drain到source、Drain到Bulk、Drain到Gate。　　Drain→Source穿通击穿：　　这个主要是Drain加反偏电压后，使得Drain/Bulk的PN结耗尽区延展，当耗尽区碰到Source的时候，那源漏之间就不需要开启就形成了通路，所以叫做穿通(punch through)。　　那如何防止穿通呢?这就要回到二极管反偏特性了，耗尽区宽度除了与电压有关，还与两边的掺杂浓度有关，浓度越高可以抑制耗尽区宽度延展，所以flow里面有个防穿通注入(APT：AnTI Punch Through)，记住它要打和well同type的specis。　　当然实际遇到WAT的BV跑了而且确定是从Source端走了，可能还要看是否 PolyCD或者Spacer宽度，或者LDD_IMP问题了，那如何排除呢?这就要看你是否NMOS和PMOS都跑了?POLY CD可以通过Poly相关的WAT来验证。对吧?　　对于穿通击穿，有以下一些特征：　　✦穿通击穿的击穿点软，击穿过程中，电流有逐步增大的特征，这是因为耗尽层扩展较宽，产生电流较大。另一方面，耗尽层展宽大容易发生DIBL效应，使源衬底结正偏出现电流逐步增大的特征。　　✦穿通击穿的软击穿点发生在源漏的耗尽层相接时，此时源端的载流子注入到耗尽层中，被耗尽层中的电场加速达到漏端，因此，穿通击穿的电流也有急剧增大点，这个电流的急剧增大和雪崩击穿时电流急剧增大不同，这时的电流相当于源衬底PN结正向导通时的电流，而雪崩击穿时的电流主要为PN结反向击穿时的雪崩电流，如不作限流，雪崩击穿的电流要大。　　✦穿通击穿一般不会出现破坏性击穿。因为穿通击穿场强没有达到雪崩击穿的场强，不会产生大量电子空穴对。　　✦穿通击穿一般发生在沟道体内，沟道表面不容易发生穿通，这主要是由于沟道注入使表面浓度比浓度大造成，所以，对NMOS管一般都有防穿通注入。　　✦一般的，鸟嘴边缘的浓度比沟道中间浓度大，所以穿通击穿一般发生在沟道中间。　　✦多晶栅长度对穿通击穿是有影响的，随着栅长度增加，击穿增大。而对雪崩击穿，严格来说也有影响，但是没有那么显著。　　Drain→Bulk雪崩击穿：　　这就单纯是PN结雪崩击穿了(Avalanche Breakdown)，主要是漏极反偏电压下使得PN结耗尽区展宽，则反偏电场加在了PN结反偏上面，使得电子加速撞击晶格产生新的电子空穴对 (Electron-Hole pair)，然后电子继续撞击，如此雪崩倍增下去导致击穿，所以这种击穿的电流几乎快速增大，I-V curve几乎垂直上去，很容烧毁的。(这点和源漏穿通击穿不一样)　　那如何改善这个junction BV呢?所以主要还是从PN结本身特性讲起，肯定要降低耗尽区电场，防止碰撞产生电子空穴对，降低电压肯定不行，那就只能增加耗尽区宽度了，所以要改变 doping profile了，这就是为什么突变结(Abrupt junction)的击穿电压比缓变结(Graded junction)的低。这就是学以致用，别人云亦云啊。　　当然除了doping profile，还有就是doping浓度，浓度越大，耗尽区宽度越窄，所以电场强度越强，那肯定就降低击穿电压了。而且还有个规律是击穿电压通常是由低 浓度的那边浓度影响更大，因为那边的耗尽区宽度大。公式是BV=K*(1/Na+1/Nb)，从公式里也可以看出Na和Nb浓度如果差10倍，几乎其中一 个就可以忽略了。　　那实际的process如果发现BV变小，并且确认是从junction走的，那好好查查你的Source/Drain implant了。　　Drain→Gate击穿：　　这个主要是Drain和Gate之间的Overlap导致的栅极氧化层击穿，这个有点类似GOX击穿了，当然它更像Poly finger的GOX击穿了，所以他可能更care poly profile以及sidewall damage了。当然这个Overlap还有个问题就是GIDL，这个也会贡献Leakage使得BV降低。　　上面讲的就是MOSFET的击穿的三个通道，通常BV的case以前两种居多。Off-state下的击穿，也就是Gate为0V的时候，但是有的时候Gate开启下Drain加电压过高也会导致击穿的，我们称之为On-state击穿。这种情况尤其喜欢发生在Gate较低电压时，或者管子刚刚开启时，而且几乎都是NMOS。所以我们通常WAT也会测试BVON。　　02、如何处理MOS管小电流发热严重情况?　　MOS管，做电源设计，或者做驱动方面的电路，难免要用到MOS管。MOS管有很多种类，也有很多作用。做电源或者驱动的使用，当然就是用它的开关作用。　　无论N型或者P型MOS管，其工作原理本质是一样的。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。　　我们经常看MOS管的PDF参数，MOS管制造商采用RDS(ON)参数来定义导通阻抗，对开关应用来说，RDS(ON)也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON)与栅极(或驱动)电压VGS以及流经开关的电流有关，但对于充分的栅极驱动，RDS(ON)是一个相对静态参数。一直处于导通的MOS管很容易发热。　　另外，慢慢升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。MOS管数据手册规定了热阻抗参数，其定义为MOS管封装的半导体结散热能力。RθJC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。　　03、MOS管小电流发热的原因　　✦电路设计的问题，就是让MOS管工作在线性的工作状态，而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关，G级电压要比电源高几V，才能完全导通，P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗，等效直流阻抗比较大，压降增大，所以U*I也增大，损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误。　　✦频率太高，主要是有时过分追求体积，导致频率提高，MOS管上的损耗增大了，所以发热也加大了。　　✦没有做好足够的散热设计，电流太高，MOS管标称的电流值，一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流，也可能发热严重，需要足够的辅助散热片。　　✦MOS管的选型有误，对功率判断有误，MOS管内阻没有充分考虑，导致开关阻抗增大。　　04、MOS管小电流发热严重怎么解决　　✦做好MOS管的散热设计，添加足够多的辅助散热片。　　✦贴散热胶。　　05、MOS管为什么可以防止电源反接?　　电源反接，会给电路造成损坏，不过，电源反接是不可避免的。所以，我们就需要给电路中加入保护电路，达到即使接反电源，也不会损坏的目的。　　一般可以使用在电源的正极串入一个二极管解决，不过，由于二极管有压降，会给电路造成不必要的损耗，尤其是电池供电场合，本来电池电压就3.7V，你就用二极管降了0.6V，使得电池使用时间大减。　　MOS管防反接，好处就是压降小，小到几乎可以忽略不计。现在的MOS管可以做到几个毫欧的内阻，假设是6.5毫欧，通过的电流为1A(这个电流已经很大了)，在他上面的压降只有6.5毫伏。由于MOS管越来越便宜，所以人们逐渐开始使用MOS管防电源反接了。　　NMOS管防止电源反接电路：　　正确连接时：刚上电，MOS管的寄生二极管导通，所以S的电位大概就是0.6V，而G极的电位，是VBAT，VBAT-0.6V大于UGS的阀值开启电压，MOS管的DS就会导通，由于内阻很小，所以就把寄生二极管短路了，压降几乎为0。　　电源接反时：UGS=0，MOS管不会导通，和负载的回路就是断的，从而保证电路安全。　　PMOS管防止电源反接电路：　　正确连接时：刚上电，MOS管的寄生二极管导通，电源与负载形成回路，所以S极电位就是VBAT-0.6V，而G极电位是0V，PMOS管导通，从D流向S的电流把二极管短路。　　电源接反时：G极是高电平，PMOS管不导通。保护电路安全。　　连接技巧：NMOS管DS串到负极，PMOS管DS串到正极，让寄生二极管方向朝向正确连接的电流方向。　　感觉DS流向是“反”的?仔细的朋友会发现，防反接电路中，DS的电流流向，和我们平时使用的电流方向是反的。　　为什么要接成反的?利用寄生二极管的导通作用，在刚上电时，使得UGS满足阀值要求。　　为什么可以接成反的?如果是三极管，NPN的电流方向只能是C到E，PNP的电流方向只能是E到C。不过，MOS管的D和S是可以互换的。这也是三极管和MOS管的区别之一。　　06、MOS管功率损耗测量　　MOSFET/IGBT的开关损耗测试是电源调试中非常关键的环节，但很多工程师对开关损耗的测量还停留在人工计算的感性认知上，PFC MOSFET的开关损耗更是只能依据口口相传的经验反复摸索，那么该如何量化评估呢?　　功率损耗的原理图和实测图　　一般来说，开关管工作的功率损耗原理图下图所示，主要的能量损耗体现在“导通过程”和“关闭过程”，小部分能量体现在“导通状态”，而关闭状态的损耗很小几乎为0，可以忽略不计。　　实际的测量波形图一般下图所示。　　MOSFET和PFC MOSFET的测试区别　　对于普通MOS管来说，不同周期的电压和电流波形几乎完全相同，因此整体功率损耗只需要任意测量一个周期即可。但对于PFC MOS管来说，不同周期的电压和电流波形都不相同，因此功率损耗的准确评估依赖较长时间(一般大于10ms)，较高采样率(推荐1G采样率)的波形捕获，此时需要的存储深度推荐在10M以上，并且要求所有原始数据(不能抽样)都要参与功率损耗计算，实测截图下图所示。
2024-07-17 14:18 reading：585
多个MOS管并联应用场景的四大要点
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多个MOS管并联应用场景的四大要点

　　功率MOS管具有优异的热稳定性，不会发生热失控，因此 并联多个MOSFET是一种很常见的使用方法，它可以减少传导损耗和分散功耗，以便限制最大结温。　　1.功率MOS并联要点　　在高速下空中高功率下，进行并行连接时，最主要的是需要避免电流集中，以及过电流，能够确保在所有可能的负载条件下，很好地平衡、均匀所有流过器件的电流。　　2.功率MOS并联时的静态/动态动作　　静态：　　Rds(on)较低的MOS管能够导通更多的电流。　　当它升温时，Rds(on)增加，部分电流将转移到其它MOS管上，电流共享取决于每个MOS的相对的电阻值。　　注意：a.每个MOS的电流与其接通电阻的Rds(on)的倒数成正比关系;　　b.热耦合良好的平行放置MOS的结温度大致相同。　　动态：　　动态运行时，阈值电压Vgsth最低的MOS管首先打开，最后关闭。这种MOS管一般会占据更多的开关损耗，并且在开关转换过程中，承担了更高的电应力。　　3.开启、关断阈值保持一致　　由于功率MOS切换时间会有所差异，因此在通电和断电期间容易出现不平衡，而在开关时间上的变化很大程度是由门-源阈值电压Vth的值。即：Vth的值越小，通电时间越快。相反，断电期间，Vth的值越大，截止的速度就越快。　　此外，当电流集中在一个具有较小Vth的功率MOS上时，通电与断电的过程中会出现电流不平衡，这会让设备功率损耗过大，导致故障。因此，最好使用相近Vth值以及开关时间的变化，在每个MOS之间插入一个电阻，可以确保稳定运行以及防止异常振荡。　　4. 其他要点　　A.每个MOS需要栅极电阻，且阻值在几Ω到几十Ω,防止电流共享和振荡;　　B.MOS管具备良好的热耦合，确保电流和热平衡;　　C.避免在GS之间添加外部器件，可以适当调整电阻值，优化开关速度。　　问题来了，那并联多个双极晶体管和MOS管有什么主要区别吗?　　双极晶体管由于是基极电流驱动，因此电流平衡更容易被基极-发射极电压Vbe的波动所破坏，这样会导致并联连接均衡会变得困难。　　而功率MOS管，由于是电压驱动，因此只需要向并联连接的每个MOS管提供驱动电压就可以保持相当不错的均衡性，使并联更加容易，因此MOS管相比双极晶体管，在多个并联的场景中会更有优势。
2024-07-16 11:13 reading：617
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