在本文中,我們將討論與瞬態條件和開關模式操作有關的MOSFET特性。
在上一篇有關低頻MOSFET的文章中,我們研究了控制MOSFET穩態工作的參數,例如閾值電壓,導通狀態電阻和最大漏極電流。這些屬性與所有應用相關,并且,如果您正在設計低頻系統,則它們涵蓋了選擇合適設備所需的大多數信息。
但是,如今,即使在模擬應用中,采用MOSFET作為由相對高頻(通常是脈寬調制)的數字信號控制的開關也是非常普遍的。最好的例子是D類放大器。
盡管輸入信號是模擬信號,而輸出信號是模擬信號,但是使用從完全導通到完全截止的晶體管可以實現放大。開關模式控制比線性控制要有效得多,這使它成為一個有吸引力的選擇,即使最終的電路更復雜且最終的信號受到開關噪聲的負面影響。
暫態最大值
在上一篇文章中,我們討論了最大連續漏極電流。此參數具有對應的瞬態事件規范。
最大瞬態漏極電流稱為“脈沖漏極電流”或“峰值漏極電流”。這里涉及一些變量(脈沖寬度,占空比,環境溫度),因此該規范不是非常有用。但是,它的確可以使您大致了解設備可以承受的短期電流,在某些情況下,這比穩態極限更為重要(我正在考慮在大電流條件下的應用與直通,浪涌或低占空比PWM相關)。
與在瞬態事件的情況下避免損壞有關的另一個參數是漏極-源極雪崩能量。該規范以焦耳為單位給出,但與超過MOSFET的漏源擊穿電壓的電壓有關。這個問題有點復雜,當然不在本文的討論范圍之內。如果您想了解有關雪崩特性的更多信息,我建議您從英飛凌獲取此應用筆記。
該圖取自上述英飛凌應用筆記。
電容值
FET的動態參數中最突出的是輸入電容,輸出電容和反向傳輸電容。這些與典型的(更直觀地稱為)MOSFET電容密切相關,這些電容稱為柵極-漏極電容(CGD),柵極-源極電容(C GS)和漏極-源極電容(C DS)。
輸入電容(C ISS)是輸入信號即C GD加C GS所看到的電容。
輸出電容(C OSS)是輸出信號看到的電容;在分立FET的情況下,輸出端子為漏極,因此C OSS = C GD + C DS。
反向傳輸電容(C RSS)是漏極和柵極之間的電容,即C RSS = C GD。
輸入電容(與驅動器電路的電阻一起)會影響開關特性,因為更多的輸入電容意味著更多的導通和關斷延遲。當驅動FET導通時,必須為該電容充電,而要關閉器件時,則必須對其放電。
在考慮功耗和開關電路的諧振頻率時,輸出電容會發揮作用。
反向傳輸電容會影響導通和關斷時間(這并不奇怪,因為它是輸入電容的一部分),但請注意,它形成了一個反饋環路(因為漏極被視為輸出,而柵極被視為輸入)。反饋路徑中的電容器會受到米勒效應的影響,因此,C RSS影響瞬態響應的程度大于我們根據標稱電容值的預期。
柵極電荷
事實證明,MOSFET輸入電容并不是評估器件開關特性的最可靠方法,因為電容值受電壓和電流條件的影響。下圖讓您了解了三個電容值如何根據漏極-源極電壓的變化而變化。
該應用筆記還提到了“器件尺寸和跨導”,這些因素使得難以將電容用作選擇一個MOSFET而不是另一個MOSFET的基礎。最好使用柵極電荷規格;例如:
規格取自此Vishay數據表。
柵極電荷顯然是評估開關特性的更直接的方法。電荷等于電流乘以時間,因此,如果您知道驅動柵極的器件的輸出電流并且知道FET的柵極電荷規格,則可以計算出打開器件所需的時間。
開關時間
如果您確實想避免所有計算和理論上的細節,則可以僅將零件搜索限制在數據手冊中給出開關時間的FET上。查找標有“開啟時間”(或“關閉時間”),“上升時間”(或“下降時間”)和“延遲時間”的規格。
這種方法當然很簡單,但通常情況下,最簡單的解決方案并不是最可靠的解決方案。這些“預煮”的開關規格基于特定條件(也許最重要的是柵極驅動電路的電阻),可能與您的預期條件或不同數據手冊中使用的條件不一致。上面提到的NXP / Nexperia應用筆記說,在比較一個制造商的開關時間規格與另一制造商的開關時間規格時,“需要格外小心”。
結論
MOSFET的動態行為并不是特別簡單,但是我希望本文能夠提供足夠的信息,以幫助您更全面地評估不同器件的動態行為。如果您有任何經驗可以分享有關分立FET的實際瞬態行為,請隨時在評論中分享您的想法。
原文標題:選擇合適的MOSFET:了解動態MOSFET參數
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