功率MOSFET(Power MOSFET)的基本知识

　　图1是典型平面N沟道增强型MOSFET的剖面图。它用一块P型硅半导体材料作衬底(图la)，在其面上扩散了两个N型区(图lb)，再在上面覆盖一层二氧化硅(SiQ2)绝缘层(图lc)，最后在N区上方用腐蚀的方法做成两个孔，用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：G(栅极)、S(源极)及D(漏极)，如图1d所示。
 
　　从图1中可以看出栅极G与漏极D及源极S是绝缘的，D与S之间有两个PN结。一般情况下，衬底与源极在内部连接在一起。
　　图1是N沟道增强型MOSFET的基本结构图。为了改善某些参数的特性，如提高工作电流、提高工作电压、降低导通电阻、提高开关特性等有不同的结构及工艺，构成所谓VMOS、DMOS、TMOS等结构。图2是一种N沟道增强型功率MOSFET的结构图。虽然有不同的结构，但其工作原理是相同的，这里就不一一介绍了。
　　MOSFET的工作原理
　　要使增强型N沟道MOSFET工作，要在G、S之间加正电压V

的作用。
 
　　由于这种结构在V

，称为夹断电压。
　　除了上述采用P型硅作衬底形成N型导电沟道的N沟道MOSFET外，也可用N型硅作衬底形成P型导电沟道的P沟道MOSFET。这样，MOSFET的分类如图7所示。
 
　　耗尽型：N沟道(图7a)；P沟道(图c)；
　　增强型：N沟道（图b)；P沟道(图d)。

为防止MOSFET接电感负载时，在截止瞬间产生感应电压与电源电压之和击穿MOSFET，一般功率MOSFET在漏极与源极之间内接一个快速恢复二极管，如图8所示。

　　功率MOSFET的特点
　　功率MOSFET与双极型功率相比具有如下特点：
　　1．MOSFET是电压控制型器件(双极型是电流控制型器件)，因此在驱动大电流时无需推动级，电路较简单；
　　2．输入阻抗高，可达108Ω以上；
　　3．工作频率范围宽，开关速度高(开关时间为几十纳秒到几百纳秒)，开关损耗小；
　　4．有较优良的线性区，并且MOSFET的输入电容比双极型的输入电容小得多，所以它的交流输入阻抗极高；噪声也小，最合适制作Hi-Fi音响；
　　5．功率MOSFET可以多个并联使用，增加输出电流而无需均流电阻。
　　典型应用电路
 
　　1．电池反接保护电路
　　 电池反接保护电路如图9所示。一般防止电池接反损坏电路采用串接二极管的方法，在电池接反时，PN结反接无电压降，但在正常工 作时有0.6～0.7V的管压降。采用导通电阻低的增强型N沟道MOSFET具有极小的管压降(RDS(ON)×ID)，如Si9410DY的RDS(ON）约为0.04Ω，则在lA时约为0.04V。这时要注意在电池正确安装时，ID并非完全通过管内的二极管，而是在VGS≥5V时，N导电沟道畅通(它相当于一个极小的电阻)而大部分电流是从S流向D的(ID为负)。而当电池装反时，MOSFET不通，电路得以保护。
　　2．触摸调光电路
　　一种简单的触摸调光电路如图10。当手指触摸上触头时，电容经手指电阻及100k充电，VGS渐增大，灯渐亮；当触摸下触头时，电容经
100k及手指电阻放电，灯渐暗到灭。
　　3．甲类功率放大电路
　　由R1、R2建立VGS静态工作点(此时有一定的ID流过)。当音频信号经过C1耦合到栅极，使产生-△VGS，则产生较大的△ID，经输出变压器阻抗匹配，使4～8Ω喇叭输出较大的声功率。图ll中Dw为9V稳压二极管，是保护G、S极以免输入过高电压而击穿。从图中也可以看出，偏置电阻的数值较大，因为栅极输入阻抗极高，并且无栅流。