如果当年这样讲MOSFET，模电不逃课（一）

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几乎所有的书籍资料，在讲解MOSFET的时候，都喜欢先从微观结构去分析MOSFET基于半导体特性的各种结构，然后阐述这些结构导致其参数的成因。但是这种方式对于物理基础较弱的应用型硬件工程师是非常不友好的，导致大家看了大量的表述没有理解，没有汲取到营养。各种三维、二维的图形，各式各样，也不统一。

本章节，我们从应用的角度，来看我们选择一个开关的器件，当选择了一个MOSFET之后，他并不是一个完全理想的开关器件。通过其不理想的地方，理解他的一些关键参数。后续的内容，我们再通过微观结构去理解一下导致这些参数的原因。先知道是什么样的，再理解为什么会导致这个样，更易于帮助大家理解。

前文，我们已经提到我们在开关电源中选择增强型N-MOSFET，我们希望他是一个理想的开关。要么完全打开（打开时，电阻值为∞），要么完全闭合（闭合时，电阻值为0），而且打开和关闭的过程是瞬间完成的，不需要开关过程的时间。

首先在完全“开”和完全“关”的状态，MOSFET就是不理想的，这里涉及他的两个参数。

1、IDSS：零栅压漏极电流

IDSS是指在当栅源电压为零时，在特定的漏源电压下的漏源之间泄漏电流。即，刚刚我们描述的在MOSFET在完全“打开”的状态，栅极（G极）和源极的压差为0的时候，此时有漏电流通过MOSFET。也就是说MOSFET在截止的时候，没那么理想，会“漏电”。

既然泄漏电流随着温度的增加而增大，IDSS在室温和高温下都有规定。漏电流造成的功耗可以用IDSS乘以漏源之间的电压计算，通常这部分功耗可以忽略不计。特别是对于大功率开关电源，这点功耗在总功耗中的比例非常小。

2、RDS(on)：导通电阻

RDS(on) (Static Drain-to-SourceOn-Resistance,静态通态电阻)是MOSFET充分导通时漏-源极之间的等效电阻。即，我们刚刚说的在开关完全闭合时，电阻不为0,有一个小电阻就是这个RDS(on)。在非饱和状态DS之间的电压是随着栅极偏置电压VGS的提高而降低的到饱和导通状态时达到最低值。在饱和导通状态,如果忽略温度的变化RDS(on)几乎不受漏极电流的影响。换言之，一定温度条件下,饱和导通的MOSFET的RDS(on)几乎是一个定值。

根据欧姆定律不难明白，RDS(on)是MOSFET导通功耗的决定性因素。低电压规格的MOSFET的RDS(on)很低,这就意味着在开关状态下，低电压规格的MOSFET的自身功耗很低,这是MOSFET近年来发展迅速的主要原因之一。

它是一个非常重要的参数，决定了MOSFET导通时的消耗功率。此参数一般会随结温度的上升而有所增大。故应以此参数在高工作结温条件下（最恶劣条件下）的值作为损耗及压降计算。

在MOSFET的制造工艺中，为了获得更低的RDS(on)，会牺牲其他的性能，例如：DS之间的击穿电压VDDS。

RDS(on)越小的器件,制作的开关电源效率越高。但耐压高的MOSFET，RDS(on)也大，所以限制了 低RDS(on)的MOSFET在高电压开关电源中的应用。另外,漏极电流Id增加, RDS(on)也略有增加; 栅压Vgs升高, RDS(on)有所降低。一般所有型号的MOSFET在说明书的显著位置给出的Rps(on)值均是指特定的测试条件下的值。器件资料中标定的在特定RDS(on),是特定条件下测试的结果，一般VGS（一般为10V）、结温及漏极电流的条件下，MOSFET导通时漏源间的最大阻抗。

3、VGS(th)或VGS(off)：阈值电压

如果我们把MOSFET看成是一个开关，则控制这个开关的打开或者关闭，也是需要一定的条件的。并不是一点能量都不需要就可以对MOSFET进行控制。这个控制的条件就是VGS(th)或VGS(off)：阈值电压。

VGS(th)是指加的栅源电压能使漏极开始有电流，或关断MOSFET时电流消失时的电压。当外加控制栅极-源极之间的电压差Vgs超过某一电压值，使得这个开关开始打开的时候时，该值表示为Vgs(th)。对于器件厂家给出这个参数的时候，通常将漏极上的负载短接件下漏极电流 Id等于1mA时的栅极电压定义为阈值电压。

一般来讲,短沟道MOSFET的漏极和源极空间电荷区对阈值电压的影响较大，即随着电压增加,空间电荷区伸展,有效沟道长度缩短,阈值电压会降低。因为工艺过程可影响Vgs(th),故Vgs(th)是可以通过改动工艺而调整的。当环境噪声较低时,可以选用阈值电压较低的管子,以降低所需的输入驱动信号电压。当环境噪声较高时,可以选用阈值电压较高的开关管,以提高抗干扰能力。阈值电压一般为1.5~5V。

结温对阈值电压有影响，大约结温每升高45℃，阈值电压下降10%，温度系数为

正常情况下，所有的MOS栅极器件的阈值电压都会有所不同。因此，VGS(th)的变化范围是规定好的。VGS(th)是负温度系，当温度上升时，MOSFET将会在比较低的栅源电压下开启。

早期低Vgs（th）的MOSFET几乎没有，所以一般我们需要用单片机控制电源通断的电路都需要先通过一个三极管转成高压控制信号再控制MOSFET。但是随着低Vgs（th）的MOSFET的普及，可以直接对MOSFET进行控制。

4、结电容

因为是半导体，就有PN结，有PN结，就有结电容。当然根据我们刚刚的方法，先不管微观模型。我们先从宏观上看一下结电容等效到MOSFET三个电极之间的等效电容。

尽管结电容的容量非常小,对电路稳定性的影响却是不容忽视的，处理不当往往会引起高频自激振荡。更为不利的是,栅控器件的驱动本来只需要一个控制电压而不需要控制功率,但是工作频率比较高的时候,结电容的存在会消耗可观的驱动功率，频率越高,消耗的功率越大。

这也就是我们通常认为，MOSFET的GS两极之间是一个高阻值的电阻，但是在设计开关电源的时候，我们通常需要加粗Gate极的PCB走线。保障在开关的过程中，驱动MOSFET的瞬间电流比较大，有足够的通流能力。这正是因为极间等效电容的存在。

当然这个过程不简简单单是对电容进行充电，还存在更复杂的过程。我们在后续的内容进行讲解。敬请期待。

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