联系方式

    深圳市英瑞尔芯科技有限公司

    电话:

    186 6591 0262

    E-mail:

    sally@szinter.com.cn

    地址:

    深圳市福田区振华路现代之窗A座7B

深度聊聊MOS管

发布时间:2021/10/19 4:33:00

来源:http://www.szinter.com.cn/news700889.html

点击查看-->:半导体材料人必关心的三个微信公众号

来源于:EETOP blog 创作者:许欢

连接:http://blog.eetop.cn/?1196765

MOS 管做为半导体材料行业最根本的电子元件之一,不论是在 IC 设计方案里,或是板级电源电路运用上,都十分普遍。现阶段特别是在在大功率半导体行业,各种各样构造的 MOS 管也是激发着不可替代的功效。做为一个基本元器件,通常集简易与繁杂与一身,简易取决于它的构造,繁杂取决于根据使用的深层次考虑。因而,做为硬件配置开发人员,想在电路原理上升阶,弄懂 MOS 管是不可或缺的一步,今日来聊一聊。

一、 MOS 管的半导体材料构造

做为半导体元器件,它的由来或是原生态的原材料,夹杂半导体材料产生的 P 和 N 型化学物质。

那麼,在半导体材料加工工艺里,怎样生产制造 MOS 管的?

这就是一个 NMOS 的构造示意图,一个看上去非常简单的三端电子器件。实际的生产全过程如同构建乐高积木一样,在一定的路基(衬底)上根据设计方案一步步“盖”起來。

MOS 管的标记叙述为:

二、 MOS 管的工作方案

以加强型 MOS 管为例子,大家先简易来说下 MOS 管的原理。

由图中构造我们可以见到 MOS 管相近三极管,也是背对背的2个PN结!三极管的基本原理是在参考点的情形下引入电流量到非常薄的基区根据电子器件-空穴复合型来操纵CE中间的通断,MOS 管则运用静电场来在栅压产生自由电子断面来沟通交流DS中间。

如上图所述,在打开工作电压不够时,N区和衬底P中间由于自由电子的当然复合型会产生一个中性化的耗光区。给栅压给予正方向工作电压后,P区的少子(电子器件)会在电磁场的效果下集聚到栅压二氧化硅下,最终会产生一个以电子器件为多子的地区,叫反型层,称之为反型由于是在P型衬底区建立了一个N型断面区。那样DS中间就通断了。

下面的图是一个简易的MOS管打开仿真模拟:

这也是MOS管电流量Id随Vgs转变曲线图,打开电流为1.65V。下面的图是MOS管的IDS和VGS与VDS 中间的性能趋势图,相近三极管。

下边大家先从元器件构造的角度观察一下MOS管的打开整个过程。

1、Vgs 对MOS 管的打开功效

一定区域内 Vgs>Vth,Vds

Vgs 为参量时,Vds 升高,Id 类似线形升高,主要表现为一种电阻器特点。

Vds 为参量时,Vgs 升高,Id 类似线形升高,主要表现出一种压控电阻器的特点。

即曲线图左侧

2、Vds对MOS管断面的操纵

当 Vgs>Vth,Vds

当 Vds>Vgs-Vth 后,我们可以见到由于DS中间的静电场逐渐造成右边的断面变小,电阻器增大。因此 电流量Id提升逐渐变迟缓。当Vds扩大一定水平后,右断面被彻底夹断了!

这时DS中间的电流都遍布在挨近D端夹断耗光区,夹断区的扩大即断面总宽W减少造成的阻值扩大相抵了Vds对Id的正面功效,因而造成电流量Id基本上不会再随Vds提升而转变。这时的D端自由电子是在强电磁场的效果下划过耗光区做到S端!

这一地区为 MOS 管的恒流区,也叫饱和状态区,变大区。

可是由于有断面调配效用造成断面长短 L 有转变,因此 曲线图略微上翘一点。

关键备注名称:MOS 管与三极管的工作区域界定区别

三极管的饱合区:輸出电流量 Ic 不随键入电流量 Ib 转变。

MOS 管的饱合区:輸出电流量 Id 不随输出电压 Vds 转变。

3、 穿透

Vgs 过交流会造成栅压非常薄的空气氧化层被损坏毁坏。

Vds 过交流会造成D和衬底两者之间的反方向PN结雪崩击穿,大电流量立即注入衬底。

三、 MOS 管的电源开关全过程剖析

假如要进一步掌握MOS管的原理,分析MOS管由截止到打开的整个过程,务必创建一个完全的电源电路结构模型,引进寄生参数,如下图。

详尽打开全过程为:

t0~t1 环节:栅压电流量对Cgs和Cgd电池充电,Vgs升高到打开工作电压Vgs(th),此中,MOS沒有打开,无工作电流根据,即MOS管的截至区。在这个环节,显而易见Vd工作电压超过Vg,能够解释为电容器 Cgd 上正下负。

t1~t2 环节:Vgs做到Vth后,MOS管逐渐慢慢打开至载满电流Io,发生电流量Ids,Ids与Vgs呈线性相关,这一环节是MOS管的可调电阻区,或是叫线形区。

t3~t4 环节:度过斯泰格服务平台后,即Cgd反向充电做到Vgs,Vgs再次上升至最后工作电压,这一电流值决策的是MOS管的打开特性阻抗Ron尺寸。

我们可以根据模拟仿真看下实际全过程:

b: ZVS 零工作电压电源开关技术性是能够清除米勒效应的,即在 Vds 为 0 时打开断面,在功率大的运用时较多。

c: 栅压负工作电压推动,提升设计方案成本费。

d: 数字功放斯泰格钳位。即在栅压提升三极管,关闭时拉低栅压工作电压。

上边己经介绍了 MOS 管的工作方案,那麼大家再看来 datasheet 这种主要参数就一目了然了。

规定值主要参数意味着运用时的最大范畴,功能损耗和排热是大功率运用时的关键。

体二极管:

在分立器件NMOS管内,S端一般衬底,因此 造成DS中间有一个内寄生二极管。

可是在集成电路芯片內部,S线接低电位差或是高电位,不一定接衬底,因此 就不会有内寄生二极管。

内寄生二极管具备维护 MOS 管的功效,导出来一瞬间反方向的大电流量。

四、 MOS 管的推动运用

MOS 的推动是运用设计方案的关键,下面咱们聊一聊有什么推动方法和特性。

4.1 立即推动

推动集成ic立即輸出 PWM 波

特性:推动环城路间距无法很远,不然由于内寄生电感器减少电源开关速率和造成振铃。此外,一般控制器也无法给予非常大的工作电压。

4.2 推挽式推动

PWM 推动根据推挽构造来推动栅压

特性:完成较小的推动环城路和很大的工作电压,栅压工作电压被钳位在 Vb Vbe 和 GND 与Vbe 中间。

4.3 栅压推动加快电源电路

串联二极管能够分离,可是伴随着工作电压减少,二极管慢慢失去了功效。

4.4 PNP关闭电源电路

特性:PNP 在关闭时产生短路故障充放电,可是不能彻底为 0,二极管 Don 能够钳位避免三极管穿透。

五、 总结

之上大约详解了MOS管这一半导体材料基本元件的基本原理和运用,实际到工作上还必须的是具体测验和试验,尤其是不停在一些使用中,尤其是运用难题中增加了解。那样可能才可以真真正正的把有关基本知识融进到自身的功能中,得心应手的处理技术性难题。搞技术性嘛,和为人一样,自小处做,往高空看。

创作者别的blog一部分截屏:

(一键复制:http://blog.eetop.cn/?1196765 pc端开启查询)

点一下阅读查询半导体业有关微信公众号有什么?

相关标签: