MOSFET是一种使用场效应的晶体管。MOSFET代表金属氧化物半导体场效应晶体管，它有一个门。为了简单起见，你可以把这个门想象成一个水龙头，你逆时针旋转水龙头，水开始从水龙头流出，你顺时针旋转它，水停止从水龙头流出。类似地，栅极电压决定了器件的导电性。根据这个栅极电压，我们可以改变导电率，因此我们可以将其用作开关或放大器，就像我们使用晶体管作为开关或作为放大器自从20世纪80年代功率MOSFET出现以来，功率开关变得更快、更高效。几乎所有现代开关电源都使用某种形式的功率MOSFET作为开关元件。MOSFET是优选的，因为它们的低导通损耗、低开关损耗，并且由于MOSFET的栅极由电容器制成，所以其具有零DC栅极电流。因此，在这篇文章中，我们将讨论打开和关闭MOSFET的不同方法，最后，我们将看看一些实际的例子，这些例子显示了这是如何影响MOSFET的。


在我们之前的一篇文章中，我们已经讨论过什么是MOSFET：它的结构、类型和工作如果你想了解MOSFET的基本知识，你可以看看。


MOSFET的基本特性


喜欢双极结晶体管或英国,MOSFET晶体管是一个三端子器件，三个端子是GATE、漏极和SOURCE，栅极控制漏极和源极端子之间的导通。


MOSFET Terminals

从技术上讲，FET本质上是双向的，但功率MOSFET在硅电平上的构造方式在漏极和源极之间添加了一个寄生反并联二极管，这使得MOSFET在其两端的电压反向时导通，这是需要记住的。大多数功率MOSFET的示意图符号都是显示寄生二极管的。[1]


MOSFET可以被认为是电压控制可变电阻器，就像BJT晶体管可以被认为是电流控制电流源然而，与BJT一样，这种特性不是线性的，也就是说，电阻不会随着施加的栅极电压而线性下降，如下图所示，来自流行的IRF3205的数据表，而我们谈论的内阻热在内阻方面起着关键作用。


GATE-SOURCE VOLTAGE VS DRAIN CURRENT

在大多数情况下，这并不重要，因为功率MOSFET旨在用于开关应用，尽管线性使用是可能的。当使用MOSFET作为开关时，有几个重要的注意事项。


漏极-源极击穿电压和漏极电流：


这取决于应用——功率MOSFET的击穿额定值低至20V，高达1200V，电流从毫安到千安培不等，整整60年。


栅极阈值电压： 


这类似于常规BJT的基极-发射极电压，但对于MOSFET，该电压没有那么明确地定义。虽然MOSFET可能在相对较低的电压下导通，但它只能在指定的栅极-源极电压下承载全电流。这是需要小心的，因为大多数MOSFET都被指定为10V<sub>天然气提供逻辑电平MOSFET，可指定4.5V的全电流。


输入电容：


由于栅极与从漏极到源极的导电路径电隔离，因此它形成了一个小电容器，每次MOSFET开关时都必须对其进行充电和放电。对于功率MOSFET，这个电容可以从数百皮法拉到几十纳法拉不等。


当栅极电压比源极高几伏时，N沟道MOSFET导通，数据表中提到了这些电压的额定值，漏极-源极电压以正伏为单位。电流流入漏极，流出源极。当栅极电压为几伏时，P沟道MOSFET导通在下面源极和漏极-源极电压为负。电流流入源极，流出漏极。


简单MOSFET开关电路

在下图中，显示了N和P沟道MOSFET的最简单配置。


N- and P-Channel MOSFET Switching Configuration

MOSFET栅极通过电源电压快速充电，使其导通。但是，如果在导通MOSFET后，栅极被单独留下呢？一旦电源从栅极移除，MOSFET仍然保持导通状态！


就像普通电容器一样，栅极保持其电荷，直到它通过非常小的栅极泄漏电流被去除或泄漏，为了去除这些电荷，栅极必须放电。这可以通过将栅极连接回源极端子来实现。但是，如果栅极被驱动电路保持浮动，该怎么办？如果杂散电荷在栅极中积累到足以将栅极电压推到阈值之外，那么MOSFET会无意中导通，这可能会损坏下游的电路。因此，常见的情况是下拉/上拉电阻器在栅极和源极之间，每当栅极电压被去除时，它就从栅极去除电荷。包括一个上拉/下拉电阻器在MOSFET的栅极之间，而与驱动器的类型无关。10公里是一个不错的数值。


MOSFET栅极驱动和保护电路

MOSFET的栅极非常敏感，因为将栅极与沟道绝缘的氧化物层非常薄。大多数功率MOSFET的额定栅源电压仅为±20V！因此齐纳二极管跨过大门是一个很好的预防措施。


由于栅极电容与引线的电感相结合会导致开关时的振铃，通过添加一个小电阻器（约10Ω) 与门串联。最终的MOSFET栅极电路如下图所示。


MOSFET Switching Circuit

MOSFET的栅极通常不会吸收任何电流（除了小的漏电流），但当用于开关应用时，它应该快速导通和关断，栅极电容必须快速充电和放电。这需要一些电流，在这些情况下，需要一个栅极驱动器，它可以采用离散电路的形式栅极驱动IC，或栅极驱动变压器.


MOSFET as a switch Circuit

我们建造了一个简单的MOSFET作为开关电路，以显示如何切换N沟道MOSFET（左侧）和P沟道MOSFET（右侧）。您也可以查看下面的视频，该视频演示了如何打开和关闭MOSFET。


脚注

MOSFET是一种四端器件，第四端是衬底，衬底是晶体管其余部分的实际导电硅基。该端子通常连接到电路中最负的轨道（对于N沟道器件，也就是说，P沟道器件反之亦然），这样它就不会干扰正常工作。对于功率MOSFET，假设源极是最负的端子（由于N沟道MOSFET主要用于低侧，将负载切换到地），因此衬底引脚连接到源极。这就产生了上述寄生二极管。如果衬底引脚“断开”，将其连接到最负的轨道将确保寄生二极管在正常操作中永远不会正向偏置。