PDF《场效应管的选型及应用概览》

场效应管的选型及应用概览 场效应管广泛使用在模拟电路与数字电路中,和我们的生活密不可分.

场效应管的优势在于:首先驱 动电路比较简单.场效应管需要的驱动电流比 BJT 则小得多,而且通常可以直接由 CMOS 或者集电极开路 TTL 驱动电路驱动;

其次场效应管的开关速度比较迅速,能够以较高的速度工作,因为没有电荷存储效应;

另外场效应管没有二次击穿失效机理,它在温度越高时往往耐力越强,而且发生热击穿的可能性越低,还 可以在较宽的温度范围内提供较好的性能.场效应管已经得到了大量应用,在消费电子、工业产品、机电 设备、智能手机以及其他便携式数码电子产品中随处可见. 近年来,随着汽车、通信、能源、消费、绿色工业等大量应用场效应管产品的行业在近几年来得到了 快速的发展,功率场效应管更是备受关注.据预测,2010-2015 年中国功率 MOSFET 市场的总体复合年度 增长率将达到 13.7%. 虽然市场研究公司 iSuppli 表示由于宏观的投资和经济政策和日本地震带来的晶圆 与原材料供应问题,今年的功率场效应管市场会放缓,但消费电子和数据处理的需求依然旺盛,因此长期 来看,功率场效应管的增长还是会持续一段相当长的时间. 技术一直在进步,功率场效应管市场逐渐受到了新技术的挑战.例如,业内有不少公司已经开始研发 GaN 功率器件,并且断言硅功率场效应管的性能可提升的空间已经非常有限.不过,GaN 对功率场效应管 市场的挑战还处于非常初期的阶段,场效应管在技术成熟度、供应量等方面仍然占据明显的优势,经过三 十多年的发展,场效应管市场也不会轻易被新技术迅速替代. 五年甚至更长的时间内,场效应管仍会占据主导的位置.场效应管也仍将是众多刚入行的工程师都会 接触到的器件,本期内容将会从基础开始,探讨场效应管的一些基础知识,包括选型、关键参数的介绍、 系统和散热的考虑等为大家做一些介绍. 一. 场效应管的基础选型 场效应管有两大类型:N 沟道和 P 沟道.在功率系统中,场效应管可被看成电气开关.当在 N 沟道场 效应管的栅极和源极间加上正电压时,其开关导通.导通时,电流可经开关从漏极流向源极.漏极和源极 之间存在一个内阻,称为导通电阻 RDS(ON).必须清楚场效应管的栅极是个高阻抗端,因此,总是要在栅 极加上一个电压.如果栅极为悬空,器件将不能按设计意图工作,并可能在不恰当的时刻导通或关闭,导 致系统产生潜在的功率损耗.当源极和栅极间的电压为零时,开关关闭,而电流停止通过器件.虽然这时 器件已经关闭,但仍然有微小电流存在,这称之为漏电流,即IDSS. 作为电气系统中的基本部件,工程师如何根据参数做出正确选择呢?本文将讨论如何通过四步来选择 正确的场效应管. 1)沟道的选择.为设计选择正确器件的第一步是决定采用 N 沟道还是 P 沟道场效应管.在典型的功 率应用中,当一个场效应管接地,而负载连接到干线电压上时,该场效应管就构成了低压侧开关.在低压 侧开关中,应采用 N 沟道场效应管,这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑.当场效应管连接到总线 及负载接地时,就要用高压侧开关.通常会在这个拓扑中采用 P 沟道场效应管,这也是出于对电压驱动的 考虑. 2)电压和电流的选择.额定电压越大,器件的成本就越高.根据实践经验,额定电压应当大于干线电 压或总线电压.这样才能提供足够的保护,使场效应管不会失效.就选择场效应管而言,必须确定漏极至 源极间可能承受的最大电压, 即最大 VDS. 设计工程师需要考虑的其他安全因素包括由开关电子设备(如电 机或变压器)诱发的电压瞬变.不同应用的额定电压也有所不同;