MOSFET驅動及工作區的問題分析

　　問題1：最近，我們公司的技術專家在調試中發現，MOSFET驅動電壓過高，會導致電路過載時，MOSFET中電流過大，於是把降低了驅動電壓到6.5V，之前我們都是在12V左右。這種做法感覺和您在文章裡第四部份似乎很相似，這樣做可行麼?

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/341831.htm

　　問題分析：

　　系統短路的時候，功率MOSFET相當於工作在放大的線性區，降低驅動電壓，可以降低跨導限制的最大電流，從而降低系統的短路電流，從短路保護的角度而言，確實有一定的效果。然後，降低驅動電壓，正常工作時候，RDSON會增大，系統效率會降低，MOSFET的溫度會升高，對於器件和系統的可靠性會產生問題。短路保護最好通過優化短路保護電路的設計、減小保護的延時來調節，不建議用降低驅動電壓方式來調節負載。

　　如果是CPU控制的系統，可以通過電流檢測，當系統電流大於某個設定的異常值後，動態的減小驅動電壓，從而減小短路電流的衝擊，這種方法是可行的。當系統的負載恢復到正常水平後，驅動電壓回到正常的電壓值，提高系統正常穩態工作的效率，額外的代價就是要增加一個動態調節驅動電壓的電路。

　　問題2：反覆看了回顧了一下文章《理解功率MOSFET的電流》，其中關於圖片中，可變電阻區，放大區(飽和區)的劃分有些不太理解。首先，圖中可變電阻區的電流ID與VDS成恆定線性關係，感覺Rdson應該是恆定且極小的吧。其次，在恆流區，ID被VGS限制，此時，VDS急劇升高，Rdson急速升高，此時的MOSFET從跨導的定義來說，由於ID不再增加，因此被定義為飽和區，但為什麼又叫做放大區呢?

　　問題分析：

　　(1)可變電阻區表明MOSFET在一定的VGS電壓下溝道已經完全導通，此時MOSFET的導通壓降VDS由流過的電流ID與導通電阻的乘積來確定。為什麼這個區被定義為可變電阻區呢?

　　功率MOSFET數據表中定義的導通電阻都有一定的條件，特別是VGS，當VGS不同時，溝道的飽和程度不同，因此不同的VGS對應的導通電阻並不相同。從漏極導通特性的曲線可以看到：在這個區域，不同的VGS的曲線密集地排在一起，當VGS變化的時候，電流保持不變，對應的VDS壓降(電流和導通電阻的乘積)也跟隨著變化，也就是導通電阻在變化，可變電阻區由此而得名。

　　在可變電阻區，不同的VGS的曲線密集地排在一起，VGS變化的時候，導通壓降變化非常小，這也進一步表明：溝道的飽和程度變化非常小，即便如此，由於導通電阻本身非常小，因此溝道的飽和程度變化產生溝道電阻變化，對於整個導通電阻的佔比的影響大，特別是VGS相差比較大的時候，對於導通電阻的影響非常明顯，如下圖所示。

　　(2)恆流區被稱為飽和區、線性區，當VGS一定的時候，溝道對應著一定的飽和程度，也對應著跨導限制的最大電流。恆流區也被稱為放大區，因為MOSFET也可以作為信號放大元件，可以工作在和三極體相類似的放大狀態，MOSFET的恆流區就相當於三極體的放大區。另外恆流區還可以稱為線性區，這些名稱只是定義的角度不同，叫法不同。

　　問題3：什麼是功率MOSFET的放大區，可否介紹一下?

　　問題回覆：

　　MOSFET線性工作區和三極體放大區工作原理一樣，如IB=1mA，電流放大倍數為100，IC=100mA。對於MOSFET，VTH=3V，VGS=4V，跨導為20，那麼ID=20A，這是穩定的放大區，LDO、信號放大器、功放和恆流源(早期汽車的雨刷、門窗等電機控制電路)等應用，使用MOSFET作為調整管，MOSFET就工作於穩定放大區。

　　開關電源等現代的高頻電力電子系統，MOSFET工作於開關狀態，相當於在截止區和導變電阻區(完全導通)快速的切換，但是，在切換過程必須跨越放大區，這樣電流、電壓有交錯，於是就產生了開關損耗，因此MOSFET在開關過程中，跨越放大區是產生開關損耗最根本原因。有些應用如熱插撥、負載開關等，通過人為地增加放大區時間來控制迴路浪湧電流，以後會專門介紹。

　　問題4：PWM晶片的供電電壓為5V，去驅動通用驅動電壓的功率MOSFET，有什麼問題?

　　問題分析：

　　檢查數據表中不同的VGS的導通電阻，發現對應的導通電阻變大，因此功率MOSFET的損耗將增加，溫度升高，同時系統的效率降低。極端情況下在低溫的時候，一些VTH偏上限的器件可能不能正常開通。