.MOS管、快恢复二极管、三端稳压管主要参数是什么？
发布网友
共1个回答
热心网友
详解功率MOS管的每一个参数如下：
简介
MOS管，即金属（Metal）氧化物（Oxide）半导体（Semiconctor）场效应晶体管，是一种应用场效应原理工作的半导体器件；和普通双极型晶体管相比，MOS管具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗小、易于集成等优势，在开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变焊机、通信电源等高频电源领域得到了越来越普遍的应用。
MOS管的种类及结构
MOS管是FET的一种（另一种为JFET结型场效应管），主要有两种结构形式：N沟道型和P沟道型；又根据场效应原理的不同，分为耗尽型（当栅压为零时有较大漏极电流）和增强型（当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流）两种。因此，MOS管可以被制构成P沟道增强型、P沟道耗尽型、N沟道增强型、N沟道耗尽型4种类型产品。
每一个MOS管都提供有三个电极：Gate栅极（表示为“G”）、Source源极（表示为“S”）、Drain漏极（表示为“D”）。接线时，对于N沟道的电源输入为D，输出为S；P沟道的电源输入为S，输出为D；且增强型、耗尽型的接法基本一样。
从结构图可发现，N沟道型场效应管的源极和漏极接在N型半导体上，而P沟道型场效应管的源极和漏极则接在P型半导体上。场效应管输出电流由输入的电压（或称场电压）控制，其输入的电流极小或没有电流输入，使得该器件有很高的输入阻抗，这也是MOS管被称为场效应管的重要原因。
MOS管工作原理
N沟道增强型场效应管原理
N沟道增强型MOS管在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极（漏极D、源极S）；在源极和漏极之间的SiO2绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G；P型半导体称为衬底，用符号B表示。由于栅极与其它电极之间是相互绝缘的，所以NMOS又被称为绝缘栅型场效应管。
当栅极G和源极S之间不加任何电压，即VGS=0时，由于漏极和源极两个N+型区之间隔有P型衬底，相当于两个背靠背连接的PN结，它们之间的电阻高达1012Ω，即D、S之间不具备导电的沟道，所以无论在漏、源极之间加何种极性的电压，都不会产生漏极电流ID。
当将衬底B与源极S短接，在栅极G和源极S之间加正电压，即VGS＞0时，如图表4（a）所示，则在栅极与衬底之间产生一个由栅极指向衬底的电场。在这个电场的作用下，P衬底表面附近的空穴受到排斥将向下方运动，电子受电场的吸引向衬底表面运动，与衬底表面的空穴复合，形成了一层耗尽层。
如果进一步提高VGS电压，使VGS达到某一电压VT时，P衬底表面层中空穴全部被排斥和耗尽，而自由电子大量地被吸引到表面层，由量变到质变，使表面层变成了自由电子为多子的N型层，称为“反型层”，如图表3（b）所示。
反型层将漏极D和源极S两个N+型区相连通，构成了漏、源极之间的N型导电沟道。把开始形成导电沟道所需的VGS值称为阈值电压或开启电压，用VGS（th）表示。显然，只有VGS＞VGS（th）时才有沟道，而且VGS越大，沟道越厚，沟道的导通电阻越小，导电能力越强；“增强型”一词也由此得来。
在VGS＞VGS（th）的条件下，如果在漏极D和源极S之间加上正电压VDS，导电沟道就会有电流流通。漏极电流由漏区流向源区，因为沟道有一定的电阻，所以沿着沟道产生电压降，使沟道各点的电位沿沟道由漏区到源区逐渐减小，靠近漏区一端的电压VGD最小，其值为VGD=VGS－VDS，相应的沟道最薄；靠近源区一端的电压最大，等于VGS，相应的沟道最厚。
这样就使得沟道厚度不再是均匀的，整个沟道呈倾斜状。随着VDS的增大，靠近漏区一端的沟道越来越薄。
当VDS增大到某一临界值，使VGD≤VGS（th）时，漏端的沟道消失，只剩下耗尽层，把这种情况称为沟道“预夹断”，如图表4（a）所示。继续增大VDS[即VDS＞VGS－VGS（th）]，夹断点向源极方向移动，如图表4（b）所示。
尽管夹断点在移动，但沟道区（源极S到夹断点）的电压降保持不变，仍等于VGS－VGS（th）。因此，VDS多余部分电压[VDS－（VGS－VGS（th））]全部降到夹断区上，在夹断区内形成较强的电场。这时电子沿沟道从源极流向夹断区，当电子到达夹断区边缘时，受夹断区强电场的作用，会很快的漂移到漏极。
P沟道增强型场效应管原理
P沟道增强型MOS管因在N型衬底中生成P型反型层而得名，其通过光刻、扩散的方法或其他手段，在N型衬底（基片）上制作出两个掺杂的P区，分别引出电极（源极S和漏极D），同时在漏极与源极之间的SiO2绝缘层上制作金属栅极G。其结构和工作原理与N沟道MOS管类似；只是使用的栅-源和漏-源电压极性与N沟道MOS管相反。
在正常工作时，P沟道增强型MOS管的衬底必须与源极相连，而漏极对源极的电压VDS应为负值，以保证两个P区与衬底之间的PN结均为反偏，同时为了在衬底顶表面附近形成导电沟道，栅极对源极的电压也应为负。
当VDS=0时。在栅源之间加负电压比，由于绝缘层的存在，故没有电流，但是金属栅极被补充电而聚集负电荷，N型半导体中的多子电子被负电荷排斥向体内运动，表面留下带正电的离子，形成耗尽层。
随着G、S间负电压的增加，耗尽层加宽，当VDS增大到一定值时，衬底中的空穴（少子）被栅极中的负电荷吸引到表面，在耗尽层和绝缘层之间形成一个P型薄层，称反型层，如图表6（2）所示。
这个反型层就构成漏源之间的导电沟道，这时的VGS称为开启电压VGS（th），达到VGS（th）后再增加，衬底表面感应的空穴越多，反型层加宽，而耗尽层的宽度却不再变化，这样我们可以用VGS的大小控制导电沟道的宽度。
当VDS≠0时。导电沟道形成以后，D、S间加负向电压时，那么在源极与漏极之间将有漏极电流ID流通，而且ID随VDS而增，ID沿沟道产生的压降使沟道上各点与栅极间的电压不再相等，该电压削弱了栅极中负电荷电场的作用，使沟道从漏极到源极逐渐变窄，如图表7（1）所示。
当VDS增大到使VGD=VGS（即VDS=VGS-VGS（TH）），沟道在漏极附近出现预夹断，如图表7（2）所示。再继续增大VDS，夹断区只是稍有加长，而沟道电流基本上保持预夹断时的数值，其原因是当出现预夹断时再继续增大VDS，VDS的多余部分就全部加在漏极附近的夹断区上，故形成的漏极电流ID近似与VDS无关。
N沟道耗尽型场效应管原理
N沟道耗尽型MOS管的结构与增强型MOS管结构类似，只有一点不同，就是N沟道耗尽型MOS管在栅极电压VGS=0时，沟道已经存在。这是因为N沟道是在制造过程中采用离子注入法预先在D、S之间衬底的表面、栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子，该沟道亦称为初始沟道。
当VGS＝0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道，所以只要有漏源电压，就有漏极电流存在；当VGS＞0时，将使ID进一步增加；VGS＜0时，随着VGS的减小，漏极电流逐渐减小，直至ID＝0。对应ID＝0的VGS称为夹断电压或阈值电压，用符号VGS（off）或Up表示。
由于耗尽型MOSFET在VGS=0时，漏源之间的沟道已经存在，所以只要加上VDS，就有ID流通。如果增加正向栅压VGS，栅极与衬底之间的电场将使沟道中感应更多的电子，沟道变厚，沟道的电导增大。
如果在栅极加负电压（即VGS＜0），就会在相对应的衬底表面感应出正电荷，这些正电荷抵消N沟道中的电子，从而在衬底表面产生一个耗尽层，使沟道变窄，沟道电导减小。当负栅压增大到某一电压VGS（off）时，耗尽区扩展到整个沟道，沟道完全被夹断（耗尽），这时即使VDS仍存在，也不会产生漏极电流，即ID=0。
P沟道耗尽型场效应管原理
P沟道耗尽型MOS管的工作原理与N沟道耗尽型MOS管完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性也不同。
耗尽型与增强型MOS管的区别
耗尽型与增强型的主要区别在于耗尽型MOS管在G端（Gate）不加电压时有导电沟道存在，而增强型MOS管只有在开启后，才会出现导电沟道；两者的控制方式也不一样，耗尽型MOS管的VGS（栅极电压）可以用正、零、负电压控制导通，而增强型MOS管必须使得VGS>VGS（th）（栅极阈值电压）才行。
由于耗尽型N沟道MOS管在SiO2绝缘层中掺有大量的Na+或K+正离子（制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子），当VGS=0时，这些正离子产生的电场能在P型衬底中感应出足够的电子，形成N型导电沟道；当VGS>0时，将产生较大的ID（漏极电流）；如果使VGS<0，则它将削弱正离子所形成的电场，使N沟道变窄，从而使ID减小。
这些特性使得耗尽型MOS管在实际应用中，当设备开机时可能会误触发MOS管，导致整机失效；不易被控制，使得其应用极少。
因此，日常我们看到的NMOS、PMOS多为增强型MOS管；其中，PMOS可以很方便地用作高端驱动。不过PMOS由于存在导通电阻大、价格贵、替换种类少等问题，在高端驱动中，通常还是使用NMOS替代，这也是市面上无论是应用还是产品种类，增强型NMOS管最为常见的重要原因，尤其在开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS管。
MOS管区分NP沟道
三极管是流控型器件，MOS管是压控型器件，两者存在相似之处。三极管机可能经常用，但MOS管你用的可能较少。对于MOS管先抛出几个问题：
如何区分P-MOS和N-MOS；
如何区分MOS的G、D、S管脚；
MOS管的寄生二极管方向如何；
MOS管如何导通；
带着这几个问题，再看下面的内容，你会理解的更快、更多。
MOS管重要特性
导通特性
导通的意义是作为开关，相当于开关闭合。NMOS的特性，VGS大于一定的值就会导通，适用于源极接地时的情况（低端驱动），只需栅极电压达到4V或10V就可以了。PMOS的特性是，VGS小于一定的值就会导通，适用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。
损失特性
不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，电流就会被电阻消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。小功率MOS管导通电阻一般在几毫欧至几十毫欧左右，选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。
MOS管在进行导通和截止时，两端的电压有一个降落过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，这称之为开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。
导通瞬间电压和电流的乘积越大，构成的损失也就越大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。
寄生电容驱动特性
跟双极性晶体管相比，MOS管需要GS电压高于一定的值才能导通，而且还要求较快的导通速度。在MOS管的结构中可以看到，在GS、GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，理论上就是对电容的充放电。
对电容的充电需要一个电流，由于对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一个要留意的是可提供瞬间短路电流的大小；第二个要留意的是，普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需要栅极电压大于源极电压。
而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压（VCC）相同，所以这时栅极导通电压要比VCC高4V或10V，而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。
寄生二极管
漏极和源极之间有一个寄生二极管，即“体二极管”，在驱动感性负载（如马达、继电器）应用中，主要用于保护回路。不过体二极管只在单个MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。
不同耐压MOS管特点
不同耐压的MOS管，其导通电阻中各部分电阻比例分布不同。如耐压30V的MOS管，其外延层电阻仅为总导通电阻的29%，耐压600V的MOS管的外延层电阻则是总导通电阻的96.5%。
不同耐压MOS管的区别主要在于，耐高压的MOS管其反应速度比耐低压的MOS管要慢，因此，它们的特性在实际应用中也表现出了不一样之处，如耐中低压MOS管只需要极低的栅极电荷就可以满足强大电流和大功率处理能力，除开关速度快之外，还具有开关损耗低的特点，特别适应PWM输出模式应用；而耐高压MOS管具有输入阻抗高的特性，在电子镇流器、电子变压器、开关电源方面应用较多。
MOS管与三极管、IBGT的差别
MOS管与三极管的差别
三极管全称为半导体三极管，它的主要作用就是将微小的信号中止放大。MOS管与三极管有着许多相近的地方，也有许多不同之处。
首先是开关速度的不同。三极管工作时，两个PN结都会感应出电荷，当开关管处于导通状态时，三极管处于饱和状态，假设这时三极管截至，PN结感应的电荷要恢复到平衡状态，这个过程需求时间。而MOS由于工作方式不同，不需要恢复时间，因此可以用作高速开关管。
其次是控制方式不同。MOS管是电压控制元件，而*管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用MOS管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用三极管。
接着是载流子种类数量不同。电力电子技术中提及的单极器件是指只靠一种载流子导电的器件，双极器件是指靠两种载流子导电的器件。MOS管只应用了一种多数载流子导电，所以也称为单极型器件；而三极管是既有多数载流子，也应用少数载流子导电；是为双极型器件。
第三是灵活性不同。有些MOS管的源极和漏极可以互换运用，栅压也可正可负，灵活性比三极管好。
第四是集成能力不同。MOS管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多MOS管集成在一块硅片上，因此MOS管在大范围集成电路中得到了普遍的应用。
第五是输入阻抗和噪声能力不同。MOS管具有较高输入阻抗和低噪声等优点，被普遍应用于各种电子设备中，特别用MOS管做整个电子设备的输入级，可以获得普通三极管很难达到的性能。
最后是功耗损耗不同。同等情况下，采用MOS管时，功耗损耗低；而选用三极管时，功耗损耗要高出许多。
当然，在使用成本上，MOS管要高于三极管，因此根据两种元件的特性，MOS管常用于高频高速电路、大电流场所，以及对基极或漏极控制电流比较敏感的*区域；而三极管则用于低成本场所，达不到效果时才会考虑替换选用MOS管。
MOS管与IGBT的差别
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和功率晶体管（GTR）的低导通压降两方面的优点。
1.3 ID - 连续漏电流
ID定义为芯片在最大额定结温TJ(max)下，管表面温度在25℃或者更高温度下，可允许的最大连续直流电流。该参数为结与管壳之间额定热阻RθJC和管壳温度的函数：
ID中并不包含开关损耗，并且实际使用时保持管表面温度在25℃（Tcase）也很难。因此，硬开关应用中实际开关电流通常小于ID 额定值@ TC = 25℃的一半，通常在1/3～1/4。补充，如果采用热阻JA的话可以估算出特定温度下的ID，这个值更有现实意义。
1.4 IDM -脉冲漏极电流
该参数反映了器件可以处理的脉冲电流的高低，脉冲电流要远高于连续的直流电流。定义IDM的目的在于：线的欧姆区。对于一定的栅-源电压，MOSFET导通后，存在最大的漏极电流。如图所示，对于给定的一个栅-源电压，如果工作点位于线性区域内，漏极电流的增大会提高漏-源电压，由此增大导通损耗。长时间工作在大功率之下，将导致器件失效。因此，在典型栅极驱动电压下，需要将额定IDM设定在区域之下。区域的分界点在Vgs和曲线相交点。
因此需要设定电流密度上限，防止芯片温度过高而烧毁。这本质上是为了防止过高电流流经封装引线，因为在某些情况下，整个芯片上最“薄弱的连接”不是芯片，而是封装引线。
考虑到热效应对于IDM的*，温度的升高依赖于脉冲宽度，脉冲间的时间间隔，散热状况，RDS(on)以及脉冲电流的波形和幅度。单纯满足脉冲电流不超出IDM上限并不能保证结温不超过最大允许值。可以参考热性能与机械性能中关于瞬时热阻的讨论，来估计脉冲电流下结温的情况。
1.5 PD -容许沟道总功耗
容许沟道总功耗标定了器件可以消散的最大功耗，可以表示为最大结温和管壳温度为25℃时热阻的函数。
1.6 TJ, TSTG-工作温度和存储环境温度的范围
这两个参数标定了器件工作和存储环境所允许的结温区间。设定这样的温度范围是为了满足器件最短工作寿命的要求。如果确保器件工作在这个温度区间内，将极大地延长其工作寿命。
1.7 EAS-单脉冲雪崩击穿能量
如果电压过冲值(通常由于漏电流和杂散电感造成)未超过击穿电压，则器件不会发生雪崩击穿，因此也就不需要消散雪崩击穿的能力。雪崩击穿能量标定了器件可以容忍的瞬时过冲电压的安全值，其依赖于雪崩击穿需要消散的能量。
定义额定雪崩击穿能量的器件通常也会定义额定EAS。额定雪崩击穿能量与额定UIS具有相似的意义。EAS标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。
L是电感值，iD为电感上流过的电流峰值，其会突然转换为测量器件的漏极电流。电感上产生的电压超过MOSFET击穿电压后，将导致雪崩击穿。雪崩击穿发生时，即使 MOSFET处于关断状态，电感上的电流同样会流过MOSFET器件。电感上所储存的能量与杂散电感上存储，由MOSFET消散的能量类似。
MOSFET并联后，不同器件之间的击穿电压很难完全相同。通常情况是：某个器件率先发生雪崩击穿，随后所有的雪崩击穿电流(能量)都从该器件流过。
根据MOS管的输出特性曲线，取Uds其中的一点，然后用作图的方法，可取得到相应的转移特性曲线。从转移特性曲线上可以看出当Uds为某值时，Id与Ugs之间的关系。
MOS的导通电阻跟结温是呈现正温度系数变化的，也就是结温越高，导通电阻越大。MOS数据手册上一般会画出当VGS=10V时的导通电阻随温度变化的曲线。
电容容量值越小，栅极总充电电量QG越小，开关速度越快，开关损耗就越小，开关电源DC/DC变换器等应用，要求较小的QG值。
MOS管一般会有一个寄生二极管，寄生二极管对MOS管有保护的作用，它的特性跟普通的二极管是一样的，也具有正向导通的特性。
最大安全工作区是由一系列(电压，电流)坐标点形成的一个二维区域，MOS管工作时的电压和电流都不能超过该区域，如果超过这个区域就存在危险。
MOS管表面温度在25℃或更高温度下，可允许的最大连续直流电流。从测试条件可以看出，在同样条件下MOS管的温度越高，ID越小。原因是内阻随着温度的增高而增大，根据I=U/R可知，内阻跟电流成反比，内阻越大，通过的电流越小，带载能力越弱。
可以看到，MOS管的相关参数其实有很多，其实，在一般应用中，我们主要考虑漏源击穿电压VDS、持续漏极电流ID、导通电阻RDS(ON)、最大耗散功率PD、开启电压VGS(th)，开关时间，工作温度范围等参数就可以了。
