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解析cool mos是什么-cool mos定义的优势-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-03-12 

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对于Cool-MOS的简述

对于常规VDMOS 器件结构, Rdson 与BV 这一对矛盾关系,要想提高BV,都是从减小EPI 参杂浓度着手,但是外延层又是正向电流流通的通道,EPI 参杂浓度减小了,电阻必然变大,Rdson 就大了。Rdson直接决定着MOS 单体的损耗大小。所以对于普通VDMOS,两者矛盾不可调和,这就是常规VDMOS的局限性。但是对于COOLMOS,这个矛盾就不那么明显了。通过设置一个深入EPI 的的P 区,大大提高了BV,同时对Rdson 上不产生影响。对于常规VDMOS,反向耐压,主要靠的是N 型EPI 与body区界面的PN 结,对于一个PN 结,耐压时主要靠的是耗尽区承受,耗尽区内的电场大小、耗尽区扩展的宽度的面积。常规VDSMO,P body 浓度要大于N EPI,大家也应该清楚,PN 结耗尽区主要向低参杂一侧扩散,所以此结构下,P body 区域一侧,耗尽区扩展很小,基本对承压没有多大贡献,承压主要是P body--N EPI 在N 型的一侧区域,这个区域的电场强度是逐渐变化的,越是靠近PN 结面,电场强度E 越大。对于COOLMOS 结构,由于设置了相对P body 浓度低一些的P region 区域,所以P 区一侧的耗尽区会大大扩展,并且这个区域深入EPI 中,造成了PN 结两侧都能承受大的电压,换句话说,就是把峰值电场Ec 由靠近器件表面,向器件内部深入的区域移动了。

cool mos的优缺点

Cool-MOS的优势

1.通态阻抗小,通态损耗小

由于SJ-MOS 的Rdson 远远低于VDMOS,在系统电源类产品中SJ-MOS 的导通损耗必然较之VDMOS要减少的多。其大大提高了系统产品上面的单体MOSFET 的导通损耗,提高了系统产品的效率,SJ-MOS的这个优点在大功率、大电流类的电源产品产品上,优势表现的尤为突出。

2.同等功率规格下封装小,有利于功率密度的提高

首先,同等电流以及电压规格条件下,J-MOS 的晶源面积要小于VDMOS 工艺的晶源面积,这样作为MOS 的厂家,对于同一规格的产品,可以封装出来体积相对较小的产品,有利于电源系统功率密度的提高。

其次,由于SJ-MOS 的导通损耗的降低从而降低了电源类产品的损耗,因为这些损耗都是以热量的形式散发出去,我们在实际中往往会增加散热器来降低MOS 单体的温升,使其保证在合适的温度范围内。由于SJ-MOS 可以有效的减少发热量,减小了散热器的体积,对于一些功率稍低的电源,甚至使用SJ-MOS 后可以将散热器彻底拿掉。有效的提高了系统电源类产品的功率密度。


3.栅电荷小,对电路的驱动能力要求降低

传统VDMOS 的栅电荷相对较大,我们在实际应用中经常会遇到由于IC 的驱动能力不足造成的温升问题,部分产品在电路设计中为了增加IC 的驱动能力,确保MOSFET 的快速导通,我们不得不增加推挽或其它类型的驱动电路,从而增加了电路的复杂性。SJ-MOS 的栅电容相对比较小,这样就可以降低其对驱动能力的要求,提高了系统产品的可靠性。


4.节电容小,开关速度加快,开关损耗小

由于SJ-MOS 结构的改变,其输出的节电容也有较大的降低,从而降低了其导通及关断过程中的损耗。同时由于SJ-MOS 栅电容也有了响应的减小,电容充电时间变短,大大的提高了SJ-MOS 的开关速度。对于频率固定的电源来说,可以有效的降低其开通及关断损耗。提高整个电源系统的效率。这一点尤其在频率相对较高的电源上,效果更加明显。


MOS管和晶体三极管相比的重要特性;

1).场效应管的源极S、栅极G、漏极D分别对应于三极管的发射极e、基极b、集电极c,它们的作用相似,图1-6-A所示是N沟道MOS管和NPN型晶体三极管引脚,图1-6-B所示是P沟道MOS管和PNP型晶体三极管引脚对应图。

cool mos的优缺点

2).场效应管是电压控制电流器件,由VGS控制ID,普通的晶体三极管是电流控制电流器件,由IB控制IC。MOS管道放大系数是(跨导gm)当栅极电压改变一伏时能引起漏极电流变化多少安培。晶体三极管是电流放大系数(贝塔β)当基极电流改变一毫安时能引起集电极电流变化多少。


3).场效应管栅极和其它电极是绝缘的,不产生电流;而三极管工作时基极电流IB决定集电极电流IC。因此场效应管的输入电阻比三极管的输入电阻高的多。


4).场效应管只有多数载流子参与导电;三极管有多数载流子和少数载流子两种载流子参与导电,因少数载流子浓度受温度、辐射等因素影响较大,所以场效应管比三极管的温度稳定性好。


5).场效应管在源极未与衬底连在一起时,源极和漏极可以互换使用,且特性变化不大,而三极管的集电极与发射极互换使用时,其特性差异很大,b 值将减小很多。


6).场效应管的噪声系数很小,在低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。


7).场效应管和普通晶体三极管均可组成各种放大电路和开关电路,但是场效应管制造工艺简单,并且又具有普通晶体三极管不能比拟的优秀特性,在各种电路及应用中正逐步的取代普通晶体三极管,目前的大规模和超大规模集成电路中,已经广泛的采用场效应管。


6、在开关电源电路中;大功率MOS管和大功率晶体三极管相比MOS管的优点;

1)、输入阻抗高,驱动功率小

由于栅源之间是二氧化硅(SiO2)绝缘层,栅源之间的直流电阻基本上就是SiO2绝缘电阻,一般达100MΩ左右,交流输入阻抗基本上就是输入电容的容抗。由于输入阻抗高,对激励信号不会产生压降,有电压就可以驱动,所以驱动功率极小(灵敏度高)。一般的晶体三极管必需有基极电压Vb,再产生基极电流Ib,才能驱动集电极电流的产生。晶体三极管的驱动是需要功率的(Vb×Ib)。

2)、开关速度快

MOSFET的开关速度和输入的容性特性的有很大关系,由于输入容性特性的存在,使开关的速度变慢,但是在作为开关运用时,可降低驱动电路内阻,加快开关速度(输入采用了后述的“灌流电路”驱动,加快了容性的充放电的时间)。MOSFET只靠多子导电,不存在少子储存效应,因而关断过程非常迅速,开关时间在10—100ns之间,工作频率可达100kHz以上,普通的晶体三极管由于少数载流子的存储效应,使开关总有滞后现象,影响开关速度的提高(目前采用MOS管的开关电源其工作频率可以轻易的做到100K/S~150K/S,这对于普通的大功率晶体三极管来说是难以想象的)。

3)、无二次击穿

由于普通的功率晶体三极管具有当温度上升就会导致集电极电流上升(正的温度~电流特性)的现象,而集电极电流的上升又会导致温度进一步的上升,温度进一步的上升,更进一步的导致集电极电流的上升这一恶性循环。而晶体三极管的耐压VCEO随管温度升高是逐步下降,这就形成了管温继续上升、耐压继续下降最终导致晶体三极管的击穿,这是一种导致电视机开关电源管和行输出管损坏率占95%的破环性的热电击穿现象,也称为二次击穿现象。MOS管具有和普通晶体三极管相反的温度~电流特性,即当管温度(或环境温度)上升时,沟道电流IDS反而下降。例如;一只IDS=10A的MOS FET开关管,当VGS控制电压不变时,在250C温度下IDS=3A,当芯片温度升高为1000C时,IDS降低到2A,这种因温度上升而导致沟道电流IDS下降的负温度电流特性,使之不会产生恶性循环而热击穿。也就是MOS管没有二次击穿现象,可见采用MOS管作为开关管,其开关管的损坏率大幅度的降低,近两年电视机开关电源采用MOS管代替过去的普通晶体三极管后,开关管损坏率大大降低也是一个极好的证明。


4)、MOS管导通后其导通特性呈纯阻性

普通晶体三极管在饱和导通是,几乎是直通,有一个极低的压降,称为饱和压降,既然有一个压降,那么也就是;普通晶体三极管在饱和导通后等效是一个阻值极小的电阻,但是这个等效的电阻是一个非线性的电阻(电阻上的电压和流过的电流不能符合欧姆定律),而MOS管作为开关管应用,在饱和导通后也存在一个阻值极小的电阻,但是这个电阻等效一个线性电阻,其电阻的阻值和两端的电压降和流过的电流符合欧姆定律的关系,电流大压降就大,电流小压降就小,导通后既然等效是一个线性元件,线性元件就可以并联应用,当这样两个电阻并联在一起,就有一个自动电流平衡的作用,所以MOS管在一个管子功率不够的时候,可以多管并联应用,且不必另外增加平衡措施(非线性器件是不能直接并联应用的)。


MOS管和普通的晶体三极管相比,有以上四项优点,就足以使MOS管在开关运用状态下完全取代普通的晶体三极管。目前的技术MOS管道VDS能做到1000V,只能作为开关电源的开关管应用,随着制造工艺的不断进步,VDS的不断提高,取代显像管电视机的行输出管也是近期能实现的。


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