如何正确选择MOSFET

MOSFET,中文被称作“金属氧化物半导体场效应管”,是类似于BJT(双极性晶体管)的一种常见晶体管。MOSFET和BJT类似,也有两种类型,N通道和P通道。也有三个极Gate/Source/Drain(类比于BJT的Base/Emitter/Collector)。所不同的是,MOSFET是电压控制元件,而BJT是电流控制元件。通常,因为 MOSFET在导通时的电阻低,而截止时的电阻近乎无限大,所以适合作为模拟信号的开关(信号的能量不会因为开关的电阻而损失太多),所以我们常会在电路中将MOSFET当做开关使用。因Enhancement增强型MOSFET比Deletion耗尽型MOSFET更常见,本篇笔记将以增强型MOSFET为例介绍如何根据规格书选择合适的MOSFET。

对N通道MOSFET而言,当一个正向电压加在Gate和Source之间时(Gate比Source电压高),该N通道MOSFET被导通,开关处于ON状态,Drain和Source有电流通过,Drain和Source之间的电阻表示为RDS(ON)。DS压差越大, RDS(ON) 越小。类似的,想要把P通道MOSFET的Drain和Source导通,需要在Gate和Source之间加一个反向电压(Gate比Source电压低)。为了使Drain和Source导通,Gate与Source之间的电压差,表记为VGS(threshold)。显然,对于N通道MOSFET, VGS(threshold) 大于零。对于 P通道MOSFET, VGS(threshold) 小于零 。

对MOSFET而言,想要导通MOSFET,Gate和Source之间的电压差VGS 的绝对值不能太小,否则无法导通。也不能太大,否则会损坏MOSFET。应当使VGS的值超过规格书上 VGS(threshold) 的最大值,才能保证MOSFET被正确导通。

尤其需要注意的是,MOSFET的Gate性质属于高阻抗,所以必须保持Gate上有输入,不能悬空Gate极。如果Gate被悬空,我们无法得知VGS的值,也就无法判断MOSFET的工作状态,很可能会对系统电路造成损害。

当Source和Drain之间电压差为零,开关断开,电流停止从Drain流向Source时,Drain上仍有一小部分的漏电流,表记为IDSS。

N通道还是P通道?

如果MOSFET连接到而负载连接到电源轨,我们需要一个低边开关(Low-side switch)。低边开关我们使用N通道MOSFET,Source连接到地,Gate极连接到控制信号,Drain连接到负载电路。通过控制Gate极的电压(高→电路闭合;低→电路打开),我们可以控制电路的通断。

如果MOSFET连接到电源而负载接在,我们需要一个高边开关(High-side switch)。高边开关我们使用P通道MOSFET,Source连到电源,Drain连到负载。通过控制 Gate极的电压(低→电路闭合;高→电路打开),我们可以控制电路的通断。

额定电压与电流

显然MOSFET的额定电压必须要比电路的工作电压高。Drain到Source的电压VDS会随温度变化。有的电路会产生尖峰电压,我们选取的MOSFET的参数也要能承受这个尖峰电压。

MOSFET的额定电流也要比负载工作时的最大电流要大,否则会损坏MOSFET。类似于尖峰电压,有的电路也会产生尖峰电流。MOSFET里的Id_continus或者Id ON_state表征的是持续状态下MOSFET能够通过的最大电流,Id_peak表征的是MOSFET能通过的最大尖峰电流。

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