选用和检测功率MOSFET技巧

对单片开关电源而言，MOSFET功率开关管已经集成在芯片内部。但若采用StackFET^{T M}（叠加场效应晶体管）技术时，就需要在单片开关电源内部MOSFET的漏极上再叠加一只高压MOSFET功率场效应晶体管，作为外部MOSFET，电路参见图9-8。此外，使用脉宽调制（PWM）器构成开关电源时，必须选择功率开关管。

MOSFET是金属-氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）的简称，它属于绝缘栅型场效应晶体管。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达10¹⁵Ω）。它分N沟道管和P沟道管两种类型，符号如图16-20所示。通常将衬底（基板）与源极S接在一起。根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型两种。所谓增强型是指当U_GS=0时管子呈截止状态，加上正确的U_GS（对N沟道管要求U_GS＞0；对P沟道管则要求U_GS＜0）时，多数载流子就被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。耗尽型则是指当U_GS=0时即形成沟道，加上正确的U_GS（对N沟道管要求U_GS＜0）时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。图16-20c中的VD为保护二极管。

图16-20 MOS场效应管的符号

a）N沟道管 b）P沟道管 c）N沟道管（带保护二极管）

图16-21示出增强型MOSFET的两种结构。以N沟道为例，它是在P型硅衬底上制成高掺杂浓度的源扩散区N⁺和漏扩散区N⁺，再分别引出源极S和漏极D。源极与衬底在内部连通，二者保持等电位。图16-21a符号中的箭头方向是从外向里，表示从P型材料（衬底）指向N型沟道。当漏极接电源正极，源极接电源负极并使U_GS=0时，沟道电流（即漏极电流）I_D=0。随着U_GS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在两个N⁺扩散区之间就感应出带负电的少数载流子，形成从漏极到源极的N型沟道，图中的虚线就代表沟道。当U_GS大于管子的开启电压U_TN（一般约为+2V）时，N沟道管开始导通，就形成漏极电流I_D。

功率MOSFET与双极型功率晶体管相比较，主要有以下优点：开通时间短（几至几十纳秒），适用于开关频率为100kHz～1MHz的PWM调制器；它采用电压驱动，不需要静态驱动电流；可靠性高，无二次击穿现象；通态电阻小，损耗低。功率MOSFET一般采用N沟道管，因为在同样情况下N沟道管的通态电阻要比P沟道管小，且开关速度比P沟道管快。由于MOSFET的源极和漏极结构是对称的，因此使用时可以互换。对N沟道管而言，只要在栅极和源极（漏极）之间加上正电压就能双向导通。因此MOSFET可用作同步整流。功率MOSFET的工作电流从几安培到几百安培，输出功率从几十瓦到几千瓦，开关频率可达几百千赫至1MHz以上。目前在中、小功率开关电源中大都采用MOSFET作为功率开关管。此外还有PMOS、NMOS、VMOS场效应晶体管等。

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图16-21 增强型MOSFET的结构

a）N沟道 b）P沟道

功率MOSFET的直流参数主要有漏极电流I_D、漏-源击穿电压U_（BR）DS、漏-源通态电阻R_DS（ON）、漏极功耗P_D。交流参数有开启时间t_d（ON）、关断时间t_d（OFF）、输入电容C_i、输出电容C_O等。开关电源中MOSFET的损耗主要有两种：导通损耗，开关损耗。导通损耗是在MOSFET完全导通时漏-源通态电阻R_ON上的损耗。开关损耗是MOSFET在交替导通与截止时的功率损耗。此外还有栅极损耗，即由于MOSFET栅极电容充、放电而产生的损耗，但它出现在栅极电阻或驱动电路上。

由美国国际整流器公司（IR）生产的5种功率MOSFET的主要技术指标见表16-21。这些管子在漏极与源极之间增加了一只保护二极管。

表16-215 种功率MOSFET的主要技术指标