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场效应管发热严重的原因分析-场效应管结构特点及工作原理-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-11-26 

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场效应管发热严重的原因

场效应管

场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。主要有两种类型(junction FET—JFET)和金属 - 氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor FET,简称MOS-FET)。由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高(107~1015Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

场效应管(FET)是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件,并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电,又称单极型晶体管。


场效应管作用的特点及工作原理

场效应管是只要一种载流子参与导电,用输入电压控制输出电流的半导体器件。有N沟道器件和P沟道器件。有结型场效应三极管JFET和绝缘栅型场效应三极管IGFET之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET。

MOS场效应管有加强型(EnhancementMOS或EMOS)和耗尽型(MOS或DMOS)两大类,每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。场效应管有三个电极:D(Drain)称为漏极,相当双极型三极管的集电极;G(Gate)称为栅极,相当于双极型三极管的基极;S(Source)称为源极,相当于双极型三极管的发射极。

场效应管,发热严重的原因

加强型MOS(EMOS)场效应管道加强型MOSFET根本上是一种左右对称的拓扑构造,它是在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,一个是漏极D,一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底(substrat),用符号B表示。


工作原理

1.沟道构成原理当Vgs=0V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压,不会在D、S间构成电流。

当栅极加有电压时,若0<Vgs<Vgs(th)时(VGS(th)称为开启电压),经过栅极和衬底间的电容作用,将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排挤,呈现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动,但数量有限,缺乏以构成沟道,所以依然缺乏以构成漏极电流ID。


进一步增加Vgs,当Vgs>Vgs(th)时,由于此时的栅极电压曾经比拟强,在靠近栅极下方的P型半导体表层中汇集较多的电子,能够构成沟道,将漏极和源极沟通。假如此时加有漏源电压,就能够构成漏极电流ID。在栅极下方构成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层(inversionlayer)。随着Vgs的继续增加,ID将不时增加。


在Vgs=0V时ID=0,只要当Vgs>Vgs(th)后才会呈现漏极电流,这种MOS管称为加强型MOS管。


VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(vGS)|VDS=const这一曲线描绘,称为转移特性曲线。转移特性曲线斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制造用。gm的量纲为mA/V,所以gm也称为跨导。


跨导的定义式如下:

gm=△ID/△VGS|(单位mS)


场效应管发热严重的原因详解

1、电路设计的问题,就是让MOS管工作在线性的工作状态,而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关,G级电压要比电源高几V,才能完全导通,P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗,等效直流阻抗比较大,压降增大,所以U*I也增大,损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误;


2、频率太高,主要是有时过分追求体积,导致频率提高,MOS管上的损耗增大了,所以发热也加大了;


3、没有做好足够的散热设计,电流太高,MOS管标称的电流值,一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流,也可能发热严重,需要足够的辅助散热片;


4、MOS管的选型有误,对功率判断有误,MOS管内阻没有充分考虑,导致开关阻抗增大。



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