MOSFET应用案例解析

    从定义上而言，这种应用需要MOSFET定期导通和关断。同时，有数十种拓扑可用于开关电源，这里考虑一个简单的例子。DC-DC电源中常用的基本降压转换器依靠两个MOSFET来执行开关功能(下图)，这些开关交替在电感里存储能量，然后把能量开释给负载。目前，设计职员经常选择数百kHz乃至1 MHz以上的频率，由于频率越高，磁性元件可以更小更轻。开关电源中第二重要的MOSFET参数包括输出电容、阈值电压、栅极阻抗和雪崩能量。

    2.马达控制应用

    马达控制应用是功率MOSFET大有用武之地的另一个应用领域。典型的半桥式控制电路采用2个MOSFET (全桥式则采用4个)，但这两个MOSFET的关断时间(死区时间)相等。对于这类应用，反向恢复时间(trr) 非常重要。在控制电感式负载(比如马达绕组)时，控制电路把桥式电路中的MOSFET切换到关断状态，此时桥式电路中的另一个开关经过MOSFET中的体二极管临时反向传导电流。于是，电流重新循环，继续为马达供电。当第一个MOSFET再次导通时，另一个MOSFET二极管中存储的电荷必须被移除，通过第一个MOSFET放电，而这是一种能量的损耗，故trr 越短，这种损耗越小。

    3.汽车应用

    过去的近20年里，汽车用功率MOSFET已经得到了长足发展。选用功率MOSFET是因为其能够耐受汽车电子系统中常遇到的掉载和系统能量突变等引起的瞬态高压现象，且其封装简单，主要采用TO220 和 TO247封装。同时，电动车窗、燃油喷射、间歇式雨刷和巡航控制等应用已逐渐成为大多数汽车的标配，在设计中需要类似的功率器件。在这期间，随着电机、螺线管和燃油喷射器日益普及，车用功率MOSFET也不断发展壮大。

    汽车设备中所用的MOSFET器件涉及广泛的电压、电流和导通电阻范围。电机控制设备桥接配置会使用30V和40V击穿电压型号；而在必须控制负载突卸和突升启动情况的场合，会使用60V装置驱动负载；当行业标准转移至42V电池系统时，则需采用75V技术。高辅助电压的设备需要使用100V至150V型款；至于400V以上的MOSFET器件则应用于发动机驱动器机组和高亮度放电（HID）前灯的控制电路。

    汽车MOSFET驱动电流的范围由2A至100A以上，导通电阻的范围为2mΩ至100mΩ。MOSFET的负载包括电机、阀门、灯、加热部件、电容性压电组件和DC/DC电源。开关频率的范围通常为10kHz 至100kHz，必须注意的是，电机控制不适用开关频率在20kHz以上。其它的主要需求是UIS性能，结点温度极限下（-40度至175度，有时高达200度）的工作状况，以及超越汽车使用寿命的高可靠性。

    4. LED 灯具的驱动。

    设计LED灯具的时候经常要使用MOS管，对LED恒流驱动而言，一般使用NMOS。功率MOSFET和双极型晶体管不同，它的栅极电容比较大，在导通之前要先对该电容充电，当电容电压超过阈值电压(VGS-TH)时MOSFET才开始导通。因此，设计时必须注意栅极驱动器负载能力必须足够大，以保证在系统要求的时间内完成对等效栅极电容(CEI)的充电。

    而MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电有很大关系。使用者虽然无法降低Cin的值，但可以降低栅极驱动回路信号源内阻Rs的值，从而减小栅极回路的充放电时间常数，加快开关速度一般IC驱动能力主要体现在这里，我们谈选择MOSFET是指外置MOSFET驱动恒流IC。内置MOSFET的IC当然不用我们再考虑了，一般大于1A电流会考虑外置MOSFET.为了获得到更大、更灵活的LED功率能力，外置MOSFET是唯一的选择方式，IC需要合适的驱动能力,MOSFET输入电容是关键的参数。下图Cgd和Cgs是MOSFET等效结电容。

    一般IC的PWM OUT输出内部集成了限流电阻，具体数值大小同IC的峰值驱动输出能力有关，可以近似认为R=Vcc/Ipeak.一般结合IC驱动能力 Rg选择在10-20Ω左右。
一般的应用中IC的驱动可以直接驱动MOSFET，但是考虑到通常驱动走线不是直线，感量可能会更大,并且为了防止外部干扰，还是要使用Rg驱动电阻进行抑制.考虑到走线分布电容的影响,这个电阻要尽量靠近MOSFET的栅极。

    以上讨论的是MOSFET ON状态时电阻的选择，在MOSFET OFF状态时为了保证栅极电荷快速泻放，此时阻值要尽量小。通常为了保证快速泻放，在Rg上可以并联一个二极管。当泻放电阻过小，由于走线电感的原因也会引起谐振(因此有些应用中也会在这个二极管上串一个小电阻)，但是由于二极管的反向电流不导通,此时Rg又参与反向谐振回路,因此可以抑制反向谐振的尖峰。

    估算导通损耗、输出的要求和结区温度的时候，就可以参考前文所指出的方法。

    MOSFET的应用领域非常广泛，远非一两篇文章可以概括。欢迎大家阅读网站更多相关的内容和链接，了解MOSFET在当今发挥的日益重要的作用。