MOS概述及应用课件.ppt

MOSFET：全称：“Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor”（金属-氧化物-半导体型场效应管）根据沟道类型：MOS可分为N沟MOS和P沟MOS根据开启电压的正负：MOS可分为增强型和耗尽型根据工艺结构：MOS可分为水平导电结构和垂直导电结构根据应用：MOS可分为高压MOS和低压MOS我司MOS产品目前都是作为开关应用的增强型NMOS。,MOS分类,1,PPT课件,MOS的开关功能,MOS产品目前都用做开关，其基本功能就是通过对栅极g施加电压来控制DS间的电流。见左上示意图，g和S之间是绝缘的，S和D是同型材料（P），中间存在一沟道是与S和D相反的材料（N），当gs间施加电压存在电场时，沟道反型（由N变P），于是D到S就导通了。g端未加电时，D到S是高阻态，电流无法从D流到S，此时开关工作在关闭状态。g-s间的电压大于Vth时， D到S是低阻态，电流能从D流到S，此时开关工作在导通状态。*见右上标准示意图，由于S到D间存在一寄生体二极管，所以不管G端是否施加电压，电流都能从从S端流到D。,2,PPT课件,垂直导电MOSFET,根据栅氧槽形状，可分成VMOS、UMOS、TMOS、DMOS等,3,PPT课件,1001M导电结构,1001纵向剖面图,4,PPT课件,MOS主要应用范围,高压MOS：1、 PC电源：2N60、4N60、10N602、节能灯：830（5A500V）、840（8A500V）、3、 电子镇流器：830、840、5N50；4、 充电器、笔记本适配器：1N60、2N60、4N60、5N60、6N60、7N60、8N60、10N60；低压MOS：5、 电动工具：60N06、；6、 电动车： 1001、1808 ；7、 锂电池保护：8205；8、 UPS：1001、1707；,5,PPT课件,75N75在电动车控制器上的应用,1001M1001P1808,24V、36V、 48V控制器,24V、36V、 48V、60V控制器,ST75NF75 LT7508 NEC4145,同类竞争产品,6,PPT课件,MOS主要参数说明,BVDSS：漏源击穿电压。指MOS管关闭时，高阻态的D到S间，所能承受的最大电压.这是一项极限参数，工作时超出该值芯片将损坏。IDSS：与BVDSS具有同一性。即MOS管关闭时,D到S间在指定电压下的漏电流，该值越小越好。Rds(on)： 即MOS管导通时，在Ids电流下DS间产生的压降Vds， Rds（on）=Vds/Ids。对于工作在低频下的MOS开关，该参数是衡量MOS功耗的主要参数。一定芯片面积下， Rds(on)小的BVDSS也小。Vgs(th)：开启电压（阈值电压）。gs间的正压差大于该电压后，MOS管的DS间由高阻态转为导通态。,7,PPT课件,MOS主要参数说明,EAS-单脉冲雪崩击穿能量。简单的说，反应了器件作为开关的抗冲击能力。EAS标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。当负载电感上产生的电压超过MOS击穿电压BVDSS后，将出现雪崩击穿，此时MOSFET虽然处于关断状态，但电感上的电流仍能强行流过MOSFET器件，此时在器件上消耗的能量=电感中储存的能量。EAS=1/2*LII（BVD/(BVD-VD)）IAS - 单脉冲雪崩击穿电流 。由于雪崩击穿过程中通过芯片的电流存在集边效应，这就需要对雪崩电流IAS进行限制。实际上，雪崩电流是EAS能量的“精细阐述”，其揭示了器件真正的能力。,8,PPT课件,MOS静态参数,Ids(on)-芯片在最大额定结温下，管壳在25或更高温度下，可持续导通的漏极电流。 换句话说，就是芯片工作时产生的热量，可由“晶圆-铜框架-散热片-环境”的导热途径发散掉，且最后热平衡时的芯片结温不超过最大结温。 该参数由封装、最大允许结温、导通电阻、芯片面积等综合因素决定。某些情况下，封装是限制ID（on）的主要原因；TO-247和TO-264封装的最大电流100Amps，TO-220封装的最大电流为75Amps，SOT-227封装的最大电流为220Amps。 开关应用中实际开关电流通常小于ID 额定值 TC = 25的一半；例如48V六管控制器，限流值为17A，意即单颗MOS要承载17A的持续电流。,9,PPT课件,MOS静态参数,IDM-该参数反映了器件可以处理的脉冲电流的高低，脉冲电流要远高于Ids(ON)。设定电流密度上限防止芯片由于温度过高而烧毁。 防止过高电流流经封装引线，因为在某些情况下，整个芯片上最“薄弱的连接”不是芯片，而是封装引线。该参数由脉冲宽度、脉冲间隔、散热状况、RDS(on)、脉冲电流波形和幅度等综合因素决定。单纯满足脉冲电流不超出IDM上限并不能保证结温不超过最大允许值。目前我司HY1001和HY1808都能承受:IDM=160A、脉冲宽度不超过20uS的电流。,10,PPT课件,MOS动态参数,gfs-正向跨导 。表示栅源电压UGS 对漏极电流ID的控制能力，即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值. dv/dt-电压上升率（控制器电路参数） 由于MOSFET的封装电感和线路的杂散电感的存在，在MOSFET反向恢复电流Irr突然关断时，MOSFET上的电压Vds会出现振铃，导致Vds超过MOSFET的BVDSS从而发生雪崩现象。 若MOSFET的米勒电容Cgd 偏大的同时且VTH又偏小，则MOSFET在关闭的瞬间，将在GS端感应出电压（与dv/dt、Cgd、Cgs、RG相关），若该电压大于VTH，则将导致Cdv/dt感应导通。,11,PPT课件,结电容、Qg、上升/下降时间是影响开关损耗的动态参数，器件工作频率越高，这些参数的影响就越大。 Cds-漏-源电容 Cdu-漏-衬底电容 Cgd-栅-源电容Cgs-漏-源电容Ciss-栅短路共源输入电容Coss-栅短路共源输出电容Crss-栅短路共源反向传输电容,MOS动态参数,12,PPT课件,MOS参数中英文对照表,di/dt-电流上升率（外电路参数）dv/dt-电压上升率（外电路参数）ID-漏极电流（直流）IDM-漏极脉冲电流ID(on)-通态漏极电流IDQ-静态漏极电流（射频功率管）IDS-漏源电流IDSM-最大漏源电流IDSS-栅-源短路时，漏极电流IDS(sat)-沟道饱和电流（漏源饱和电流）IG-栅极电流（直流）IGF-正向栅电流IGR-反向栅电流IGDO-源极开路时，截止栅电流IGSO-漏极开路时，截止栅电流IGM-栅极脉冲电流IGP-栅极峰值电流IF-二极管正向电流IGSS-漏极短路时截止栅电流IDSS1-对管第一管漏源饱和电流IDSS2-对管第二管漏源饱和电流Iu-衬底电流Ipr-电流脉冲峰值（外电路参数）gfs-正向跨导Gp-功率增益Gps-共源极中和高频功率增益GpG-共栅极中和高频功率增益GPD-共漏极中和高频功率增益ggd-栅漏电导 gds-漏源电导 K-失调电压温度系数 Ku-传输系数,VDS-漏源电压（直流）VGS-栅源电压（直流）VGSF-正向栅源电压（直流）VGSR-反向栅源电压（直流）VDD-漏极（直流）电源电压（外电路参数）VGG-栅极（直流）电源电压（外电路参数）Vss-源极（直流）电源电压（外电路参数）VGS(th)-开启电压或阀电压V（BR）DSS-漏源击穿电压V（BR）GSS-漏源短路时栅源击穿电压VDS(on)-漏源通态电压VDS(sat)-漏源饱和电压VGD-栅漏电压（直流）Vsu-源衬底电压（直流）VDu-漏衬底电压（直流）VGu-栅衬底电压（直流）Zo-驱动源内阻-漏极效率（射频功率管）Vn-噪声电压aID-漏极电流温度系数ards-漏源电阻温度系数,L-负载电感（外电路参数） LD-漏极电感Ls-源极电感rDS-漏源电阻rDS(on)-漏源通态电阻rDS(of)-漏源断态电阻rGD-栅漏电阻rGS-栅源电阻Rg-栅极外接电阻（外电路参数）RL-负载电阻（外电路参数）R(th)jc-结壳热阻R(th)ja-结环热阻PD-漏极耗散功率PDM-漏极最大允许耗散功率PIN-输入功率POUT-输出功率PPK-脉冲功率峰值（外电路参数）to(on)-开通延迟时间td(off)-关断延迟时间ti-上升时间ton-开通时间toff-关断时间tf-下降时间trr-反向恢复时间Tj-结温Tjm-最大允许结温Ta-环境温度Tc-管壳温度Tstg-贮成温度,13,PPT课件,（1） 控制器限流值的大小? 主要是受功率管本身允许通过最大电流限制，一般的:6管限流18A;9管限流25A;12管限流33A。超过以上设置来使用MOS管，若出现问题则非我司责任。事实上，由于电动车控制器散热性能不好，控制器最大电流值只取功率管的1/4左右。（2） 控制器上导电铜线的粗细? 6管控制器导电丝请用直径1.5mm的铜导电丝； 9管、12管控制器导电丝请用直径1.8mm的铜导电丝 15管、18管控制器导电丝请用直径2.5mm的铜导电丝 。,与MOS相关的控制器问题,14,PPT课件,（3）在生产调试过程中，常发现芯片、MOS管坏掉，不知什么原因？ 可能是防静电措施没有做好；还有就是测量绝缘时，摇表摇的过快，导致瞬间电压很高，将元件击穿；还有就是第一次调试好的控制器随意堆在一起，因为板子上存在电解电容，势必对其他板子上器件有影响。电子产品对防静电要求较高。防静电措施不当，将直接影响生产效率和返修率。（4）为什么有些厂自行设计的控制器返修率特别高？ 控制器坏，一般都是温度过高“烧”坏的，主要原因有：硬件上驱动电路参数与功率管参数不匹配、导电丝用的不对；软件上保护功能不强，没有成熟的同步整流技术(主要用于降温)、相短路保护技术(很多控制器在大电流运行下，相短路时，一拉转把功率管就坏)、堵转保护技术。这些关键技术的解决将大大降低控制器的返修率。,与MOS相关的控制器问题,15,PPT课件,（5）、控制器中的MOS经常“坏掉”，到底是什么原因？ 1. 控制器温度过高，将功率管“烧”坏，打开控制器可以看到功率管上面的塑封体被烧化了.这主要是控制器长期在大电流下运行造成的，可能是MOS与散热片上的螺丝未拧紧导致散热不良。连接MOS的螺丝和塑料粒子也容易变形烧坏，可以在塑料粒子和螺丝之间再垫上金属平垫片和弹簧垫片，保证塑料粒子被压紧，同时散热性能也会好点。 2.另外，控制器软件和硬件保护做的又不到位，还有驱动电路与功率管不匹配都会导致这种问题。建议客户将样品寄给我们，以便匹配； 3. 电机本身设计的不好。这点从相对地波形容易看出。如果相对地波形不是梯形波，而是有明显的电压突变现象，就会使dV/dt过大，也会导致MOS管易坏，这点建议电机厂修改电机。,与MOS相关的控制器问题,16,PPT课件,MOS管的Die面积、Rdson、Idson、Idm决定了MOS导通电流的能力，可根据以上参数衡量控制器的电流堵转和爬坡能力。BVDSS决定了是否可用在48V、60V以及更高电压版本的控制器上。EAS、IAS的大小决定了控制器上MOS刹车急停等抗冲击的能力。对于并联使用的多管控制器， 静态、动态参数的一致性，决定了控制器驱动电机的可靠性。若某些参数不匹配，由于动态电流的分布不均，则可能在启动和刹车时出现电机噪音，严重的时候将烧毁MOS和控制器。,与MOS相关的控制器问题,17,PPT课件,