从无到有,彻底搞懂MOSFET讲解

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2026-01-24 / 0 评论 / 1 阅读 / 正在检测是否收录...

作者:鲁肃老师(张飞实战电子高级工程师)

我们知道了三极管MOS管在进入饱和导通之前,必然会经过放大区。好在三极管经过放大区的时间很短,但是MOS管在米勒平台这段区域的时间会更长,也会更容易损坏。
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学海无涯:MOS管快速入门到精通,看看这篇!
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上面是Vgs波形,接下来我们来看Vds波形是什么样子的。
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那么,我们知道当Vgs电压达到Vth时,MOS管进入放大导通区域,而此时D端的电位会从原来的200V在t1~t2期间内会有略微的下降。
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同时,我们也知道,在Vgs电压达到Vth时,Id开始有电流了。
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我们通过固有转移特性知道,Vgs和Id成比例变化的,所以在米勒平台区域Id电流也是几乎没有变化,理想情况下,我们就认为它们是不变的。
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那么,到了某一时刻(t3),米勒平台效应就会结束。在米勒平台期间,MOS管的DS内阻Rdson在逐渐变小。
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工作在米勒平台区域,与工作在平台后的区域,管子的功耗问题。

工作在米勒平台区域:管子内阻虽然在变小,但是还是很大。由于电流都是最大,所以功耗大。

工作在平台区域之后:由于Rdson极小,所以功耗小。

管子工作在饱和导通状态,相对比较安全。但是还是比较怕很高的dv/dt di/dt,因为这样斜率很陡,就会对MOS管产生冲击。一般在半导体器件的数据手册里面,都会标出它所能承受的最大的dv/dt di/dt。实际上MOS管有很多种沟道:
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最下面的沟道抗冲击最强,不过是英飞凌的,申请了发明专利。

我们知道了,MOS管在米勒平台区发热量极大,内部结温很高,如果来了一个很大的冲击能量,还没等到结温往外散掉,就已经损坏了。如果你这个时候,虽然在外部测量到的表面温度不高,但是已经损坏,就是有可能是这个原因所导致的。

接下来我们继续研究下面这幅图。
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在t2~t3期间:放大区

在t3之后:饱和区
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当饱和之后,Rdson很小,分压下来,漏极电压就会很低。
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理论上Vds直线下降,但事实上是非线性的。在实际测试波形时,中间那一段非线性不一定能测得出来。那么,在t3时刻之后,Vds的曲线就如下图所示。
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那么接下来讨论t3时刻之后,米勒效应就消失,固有转移特性结束。
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当米勒效应消失,就只有原来的红色这条回路了。

实际上米勒电容和电压也有关系,Crss电容不是一成不变的,与漏极的电压也有关系,漏极电压越高,效应越明显;漏极电压越低,效应不明显。这就是为什么高压的管子怕米勒效应,低压的管子不怕,这都是和漏极电压有关系的。结论:高压系统中的管子,越要注意米勒效应。理论上讲,t3时刻之后,Vds就是Rdson两端的压降,待会儿再讨论这个压降还会受什么因素的影响。

我们知道,在米勒平台之后,只有红色这一条回路,Vgs电压继续上升,最终充到12V。
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对于MOS管来说,放大区是危险区域。那么进入饱和区之后,还要深入去研究Rdson,也就是说,在饱和区内Rdson还会受到Vgs电压幅值的影响。为什么呢?理论上讲,过了平台区就完全饱和了,而平台区的电压比如说4.5V,那么5V就完全饱和了啊。但事实上,由于MOSFET内在的特性,Rdson还没达到最小,随着Vgs两端电压幅值的升高,Rdson还会继续降低。那么,是不是Vgs越大越好呢?实际上,当电压大于10V时,Rdson就变化不那么明显了。所以,一般我们都用12V 15V作为Vgs的驱动电压,一般情况下,Vgs不要超过±20V,否则管子会损坏。那么,一般为了降低导通损耗,就需要提高Vgs,这是因为P=I^2*Rdson。

不管是MOSFET还是三极管,幅值都需要限额,包括电压、电流、功率等。

这里顺便讲一下器件的电气特性。

器件的电气特性:

电压、电流、功率(器件本身的损耗)、封装

器件的极限:

dv/dt ,di/dt,峰值下对应的时间(不能承受太长时间)
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根据刚刚的分析,t3时刻之后的一小段时间还是有一点点下降的,等到Vgs电压12V时,Rdson才会真正的是一条直线。

讲解人:张飞实战电子鲁肃老师
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