几乎所有的书籍资料,在讲解MOSFET的时候,都喜欢先从微观结构去分析MOSFET基于半导体特性的各种结构,然后阐述这些结构导致其参数的成因。但是这种方式对于物理基础较弱的应用型硬件工程师是非常不友好的,导致大家看了大量的表述没有理解,没有汲取到营养。各种三维、二维的图形,各式各样,也不统一。
本章节,我们从应用的角度,来看我们选择一个开关的器件,当选择了一个MOSFET之后,他并不是一个完全理想的开关器件。通过其不理想的地方,理解他的一些关键参数。后续的内容,我们再通过微观结构去理解一下导致这些参数的原因。先知道是什么样的,再理解为什么会导致这个样,更易于帮助大家理解。
前文,我们已经提到我们在开关电源中选择增强型N-MOSFET,我们希望他是一个理想的开关。要么完全打开(打开时,电阻值为∞),要么完全闭合(闭合时,电阻值为0),而且打开和关闭的过程是瞬间完成的,不需要开关过程的时间。
首先在完全“开”和完全“关”的状态,MOSFET就是不理想的,这里涉及他的两个参数。
1、IDSS:零栅压漏极电流
IDSS是指在当栅源电压为零时,在特定的漏源电压下的漏源之间泄漏电流。即,刚刚我们描述的在MOSFET在完全“打开”的状态,栅极(G极)和源极的压差为0的时候,此时有漏电流通过MOSFET。也就是说MOSFET在截止的时候,没那么理想,会“漏电”。
既然泄漏电流随着温度的增加而增大,IDSS在室温和高温下都有规定。漏电流造成的功耗可以用IDSS乘以漏源之间的电压计算,通常这部分功耗可以忽略不计。特别是对于大功率开关电源,这点功耗在总功耗中的比例非常小。
2、RDS(on):导通电阻
RDS(on) (Static Drain-to-SourceOn-Resistance,静态通态电阻)是MOSFET充分导通时漏-源极之间的等效电阻。即,我们刚刚说的在开关完全闭合时,电阻不为0,有一个小电阻就是这个RDS(on)。在非饱和状态DS之间的电压是随着栅极偏置电压VGS的提高而降低的到饱和导通状态时达到最低值。在饱和导通状态,如果忽略温度的变化RDS(on)几乎不受漏极电流的影响。换言之,一定温度条件下,饱和导通的MOSFET的RDS(on)几乎是一个定值。
根据欧姆定律不难明白,RDS(on)是MOSFET导通功耗的决定性因素。低电压规格的MOSFET的RDS(on)很低,这就意味着在开关状态下,低电压规格的MOSFET的自身功耗很低,这是MOSFET近年来发展迅速的主要原因之一。