MOS管导通特性及其MOS开关管损失

MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET)，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管型号和增强型的P沟道MOS管型号，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。下面的介绍中，也多以NMOS为主。 MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载，这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。

MOS管导通特性

导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或10V就可以了。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

MOS开关管损失

不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，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，叫做开关损失。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很大，造成的损失也就很大。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。

导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。

NMOS的特性，Vgs(电压)大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或10V就可以了。PMOS的特性，Vgs(电压)小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在

几十毫欧左右，几毫欧的也有。

MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，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，叫做开关损失。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。

MOS管的导通方向，不同于二极管的正向和反向导通，主要指的是其内部导电通道在源极和漏极之间的开启状态。

在正常的操作状态下，无论是N沟道还是P沟道的MOS管，当在栅极施加合适的电压后，都会在源极和漏极间建立起导电通路，使得电流能够从源极流向漏极或从漏极流向源极，具体取决于MOS管的类型(N沟道或P沟道)以及栅极电压与源极的相对极性。这种导通状态被称为“正向导通”。

至于“反向导通”，虽然MOS管本身并不像二极管那样设计为反向偏置导通，但其内部结构中确实存在一个寄生的体二极管。在特定条件下，例如源极和漏极间施加的反向电压超过体二极管的反向击穿电压时，这个体二极管会开始导通，从而允许反向电流的流动。

接下来，我们来看看MOS管正向导通的具体情景：

对于N沟道MOS管，当栅极电压相对于源极高于其开启电压(即Vgs > Vth)时，且源极电压低于漏极电压，N沟道MOS管便处于正向导通状态，电流从漏极流向源极。

而对于P沟道MOS管，情况则相反。当栅极电压低于其开启电压(即Vgs < -Vth)时，且源极电压高于漏极电压，P沟道MOS管便开始正向导通，电流从源极流向漏极。

使用反向导通的情况：

在开关电源、逆变器以及电机驱动等众多应用中，当MOS管作为开关被断开时，体二极管的反向导通功能显得尤为重要。这一功能旨在为电路提供续流路径，并有效防止电压在反向时产生的感应电压对MOS管造成损害。

例如，在半桥或全桥电路中，由于开关切换的短暂时间差，可能会出现一个MOS管已关闭而另一个尚未完全开启的情况。此时，体二极管会发挥作用，为电路提供必要的续流路径，从而防止因电压尖峰和电流突变而可能对电路元件造成的损害。然而，值得注意的是，体二极管在反向恢复过程中需要一定时间，因此在某些高速或高压的应用场合中，为了确保更高效和安全的性能，通常会选择并联专门的快速恢复二极管来辅助或替代体二极管的工作。

对于NMOS管，当Vgs(栅极与源极之间的电压)超过一定阈值时，它便会导通，非常适合用于源极接地的情况，即低端驱动。这种情况下，栅极电压只需达到4V或10V即可实现导通。

而对于PMOS管，其导通条件则相反，需要Vgs小于某一特定值。它常被用于源极接VCC的情况，即高端驱动。然而，尽管PMOS在高端驱动中有其应用，但因其导通电阻较大、价格较高以及可替换品种较少等限制，在实际应用中，NMOS通常更受青睐。