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硬件工程师-MOS管
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工作在米勒平台区域（放大）与工作在平台之后的区域（饱和）管子的功耗问题
MOSFET
场效应管 N管 P管
对标三极管 N管 P管
三极管具有功率放大的作用
MOSFET也具有功率作用， 控制级的电流很小 控制信号的内阻大
输出级的电流很大 输出信号的内阻很小
三极管的缺点：流控流型器件
MOSFET的优点：压控压型，MOS管的导通只关注电压阈值
先对电容进行充电，充到阈值后，充电过程中是消耗电流和功耗的，当充电完成后，电容充满，则无电流。
DS等效电阻（Rdson）
上图，DS之间等效成一个可变电阻，这个可变电阻在关断期间，则阻值无穷大，在开通期间，则阻值无穷小。
在开通的时候，就算是很大的电流Id，DS直接等效电阻很小，功耗也很小。
在断开的时候，无穷大的电阻，则没有电流流过，没有功耗。
在选型的时候，如果电流很大，就要选择Rdson小的MOS管。 Rdson越小价格越贵。
MOS管 GS电容
GS电容上有一个阈值电压，当电压达到，MOS管导通。
当GS电容充满后，没有放电的话，电容没有电流，没有消耗，MOS管一直导通。
在导通的情况下，Rdson的阻值是最小的。反之截至，Rdson阻值是最大的。
MOS管的损耗
MOSFET的导通损耗 MOSFET的Rdson
Id电流是由负载决定的
MOS管体二极管
体二极管不是特意做出来的，MOS管的体二极管，方向跟Ids方向相反
正向定义：电流由D指向S 正方向
体二极管只能反方向导通
体二极管的 反向钳位电压为0.7V，和普通二极管一样，实际钳位电压与通过的电流有一定的关系。二极管流过的电流越大，则钳位电压就越高。二极管有内阻， 内阻*电流=压降，所以电流越大，二极管压降越高。
二极管的功耗问题：P=0.7V*流过二极管的电流，电流是由负载决定的。 体二极管的功耗是很大的 续流损耗：体二级管的电流一般是和Id接近或者相等的
讨论MOSFET的GS电容问题
我们使用的MOSFET实际上是由若干个小的MOSFET合成的
低压MOSFET和高压MOSFET的差异：
低压MOSFET:
负载功率相等3000W 电流 内阻分析法
低压：24VDC 125A 内阻小 多个管子并联，耐压很难做高，GS电容大
高压：310VDC 9.7A 内阻大
从电压角度比较分析：
从耐压来看：耐压高，则多个串 内阻必然大 GS电容则小
耐压低 多个并 内阻小 GS电容大
MOSFET的Rdson
高压的MOSFET则Rdson大 Rdson几十毫欧 比如五六十欧姆
低压的MOSFET则Rdson小 Rdson几毫欧 比如三欧姆
MOSFET的GS电容
高压MOSFET的GS电容小
低压MOSFET的GS电容大
MOSFET的GS电容对管子开通特性的影响
相等的电荷数进行充电
相等的电流进行充电 ： GS电容大，则开通慢 低压MOSFET开通慢
GS电容小，则开通快 高压MOSFET开通开
MOS管GS下拉电阻
作用：1、可以确保给GS电容提供放电回路，确保栅极在无上下拉的时候，MOS管是关闭的。
2、确保MOSFET的两态。
3、可以防止雷击，静电，当干扰到达栅极的时候，干扰会被下拉电阻分压。
GS下拉电阻选取的原则： 太小，则功耗大，也不利于管子的导通，因为分压得到的电压低
太大，则不利于雷击，静电等，这时内阻大
GS下拉电阻从10K 到100k
高压系统可以选大一些，低压系统可以选小一些
MOS管的等效模型
Ciss 输入电容 Cgs
Crss 米勒电容 Cgd
Coss 输出电容 Cds
Ciss输入电容 = Cgd + Cgs
Coss输出电容= Cgd + Cds
Crss米勒电容 = Cgd
米勒电容随着漏极电压的升降低，在MOSFET的开通和关断过程中，扮演者十分重要的作用
MOSFET是如何进行导通的
阈值导通电压：4.5V 2V 1V
Vgs栅源极之间的压差，可能地上有毛刺，可能控制信号线上也有毛刺
从抗干扰角度：阈值电压越高越好
阈值电压低也有好处，控制电路简单。
MOSFET工作在饱和导通状态下条件：
GS压差需要大于4.5V 则管子饱和导通
GS电容充电瞬间 R2和C3的内阻大小
GS电容充电过程分三个阶段
第一个阶段： GS电容的内阻为0，几乎所有的电流从电容上走
第二个阶段： GS电容没有充满的情况下，电流分别从电阻及电容流但主要的电流依旧从电容走
第三个阶段： GS电容充满了，电流不从电容走，只有很小的电流从电阻走
讨论的是GS电容和下拉电阻的回路分流问题
MOSFET在开通的过程中，必续要经过这个放大区 功耗特别大 需要放大区的时间特别短
MOSFET在这个区域特别危险，坏的最多
t1时刻 Vth 开通的阈值电压 Vdd（漏极电压） 略微下降
Id开始有点电流
t2时刻 米勒平台电压 Vdd（漏极电压）
Id达到最大 管子属于放大状态
Rdson在一直变化的，从无穷大往很小的一个值变
t3时刻 米勒现象消失 Id达到最大 管子属于饱和导通状态
固有转移特性结束 Rdson变得极小
Vdd（漏极电压）电压很低
t3时刻之后 Crss米勒效应消失 固有转移特性结束
Crss 米勒效应 不是一成不变的 与漏极的电压有关，电压越高，则越明显
电压越低，则不明显
结论：高压系统的管子越要注意米勒效应 低压的则好很多
Rdson受Vgs电压的影响
t3时刻后 理论上只剩下Rdson 压降
还受什么Vgs电压幅值的影响 理想情况下： Vgs电压大于4.5V，管子饱和导通，这里不是栅极对地的电压，是栅源极的压降。
Rdson 假设管子Rdson是3毫欧
在当前Vgs电压条件下：管子Rdson是大于3毫欧
Vgs电压8V 管子Rdson是大于5毫欧
Vgs电压10V 管子Rdson是大于4毫欧
Vgs电压大于12V 管子Rdson是大于3毫欧
结论： Rdson越大，则管子的导通损耗越大
为了进一步降低管子的导通损耗，则Vgs电压需要大于12V
管子Vgs不要超过+-20V 管子会损坏
工作在米勒平台区域（放大）与工作在平台之后的区域（饱和）管子的功耗问题
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 = I^2*R
在米勒平台区域之后，由于Rdson极小 所以功耗小
管子饱和导通状态，相对比较安全
MOS管Igs电流
I=U/R 12/100=120ma，刚刚开始电流很大，随后慢慢减小，到达放区的时候，电流保持，到达饱和区的时候，电流下降到最低。
四大损耗
开通损耗 关断损耗 导通损耗 续流损耗
米勒平台 米勒平台 Rdson 体二极管
开关损耗 所有的系统都有 不是所有的系统都有
发生在开和关期间 可以通过选型来降低损耗
与管子开关的次数成正比关系 损耗由系统的负载电流决定，损耗大小，由系统的负载电流决定
与管子开关频率成正比关系
开通损耗：由于MOSFET在开通期间，既有电压又有电流，则存在开通损耗
关断损耗：由于MOSFET在关断期间，既有电压又有电流，则存在关断损耗
米勒平台损耗 降低开关损耗
由于Vbus电压及负载电流不能改变，开关损耗由米勒平台的时间宽度决定
方法： MOSFET的GS电容有大小 快管和慢管 高压mos电容小，低压mos电容大
增大Igs电流: 减小栅极电阻
栅极驱动极的电流能力要大
提高栅极驱动极的驱动电压:
+-20V之内 +-15V之内 +-12V之内
压缩米勒平台时间，可以直接降低开关损耗
在米勒平台时间内，
GS电流回路 GS电容 Gd电容 Id Vd 驱动电流的大小 Layout回路的大小 MOSET内部电感 板极走线的电感
Vgs波形就容易发生震荡
高压，受米勒电容影响更大 米勒电容与漏极的电压有关系
DS电流小
高压的管子开通容易出问题
低压，受Id影响大
低压的管子关断容易出问题
将开关平台变短的话：
对于高压小电流管子的开通 dv/dt 大 DS内阻由无穷大变为很小
对于低压大电流管子的关断 di/dt 大 DS内阻由很小变为无穷大
当管子过了米勒平台后，管子饱和或者关死
DS的变化（电压或者电流） 通过米勒电容反馈到栅极 影响到栅极的驱动波形
低压大电流的系统，管子的关断比较难做
高压小电流的系统，管子的开通比较难做
栅极电阻的取值
在Vgs电压确定的情况下
GS电容偏小 高压管子 栅极电阻 取百欧级电阻
原因：发热小 <100R 100R---330R >330R 发热大
平台短 平台长 危险区域长
容易振荡 好处di/bt小，不震荡，谐波分量小更加容易过EMC
GS电容偏小大 低压管子 栅极电阻 10R---100R 33R 51R
测量MOS管
测量MOS管，需要将GS短路。
模电的本质：电压、电流、斜率
电压型：电容 MOSFET
电流型：电感 三极管
电压斜率 电流斜率
电压斜率过高，可以用电容解决
电流斜率过高，可以用电感解决
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