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      場效應管發熱嚴重的原因分析-場效應管結構特點及工作原理-KIA MOS管

      信息來源:本站 日期:2018-11-26 

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      場效應管發熱嚴重的原因

      場效應管

      場效應晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡稱場效應管。主要有兩種類型(junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導體場效應管(metal-oxide semiconductor FET,簡稱MOS-FET)。由多數載流子參與導電,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件。具有輸入電阻高(107~1015Ω)、噪聲小、功耗低、動態范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優點,現已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。

      場效應管(FET)是利用控制輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的一種半導體器件,并以此命名。由于它僅靠半導體中的多數載流子導電,又稱單極型晶體管。


      場效應管作用的特點及工作原理

      場效應管是只要一種載流子參與導電,用輸入電壓控制輸出電流的半導體器件。有N溝道器件和P溝道器件。有結型場效應三極管JFET和絕緣柵型場效應三極管IGFET之分。IGFET也稱金屬-氧化物-半導體三極管MOSFET。

      MOS場效應管有加強型(EnhancementMOS或EMOS)和耗盡型(MOS或DMOS)兩大類,每一類有N溝道和P溝道兩種導電類型。場效應管有三個電極:D(Drain)稱為漏極,相當雙極型三極管的集電極;G(Gate)稱為柵極,相當于雙極型三極管的基極;S(Source)稱為源極,相當于雙極型三極管的發射極。

      場效應管,發熱嚴重的原因

      加強型MOS(EMOS)場效應管道加強型MOSFET根本上是一種左右對稱的拓撲構造,它是在P型半導體上生成一層SiO2薄膜絕緣層,然后用光刻工藝擴散兩個高摻雜的N型區,從N型區引出電極,一個是漏極D,一個是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P型半導體稱為襯底(substrat),用符號B表示。


      工作原理

      1.溝道構成原理當Vgs=0V時,漏源之間相當兩個背靠背的二極管,在D、S之間加上電壓,不會在D、S間構成電流。

      當柵極加有電壓時,若0<Vgs<Vgs(th)時(VGS(th)稱為開啟電壓),經過柵極和襯底間的電容作用,將靠近柵極下方的P型半導體中的空穴向下方排擠,呈現了一薄層負離子的耗盡層。耗盡層中的少子將向表層運動,但數量有限,缺乏以構成溝道,所以依然缺乏以構成漏極電流ID。


      進一步增加Vgs,當Vgs>Vgs(th)時,由于此時的柵極電壓曾經比擬強,在靠近柵極下方的P型半導體表層中匯集較多的電子,能夠構成溝道,將漏極和源極溝通。假如此時加有漏源電壓,就能夠構成漏極電流ID。在柵極下方構成的導電溝道中的電子,因與P型半導體的載流子空穴極性相反,故稱為反型層(inversionlayer)。隨著Vgs的繼續增加,ID將不時增加。


      在Vgs=0V時ID=0,只要當Vgs>Vgs(th)后才會呈現漏極電流,這種MOS管稱為加強型MOS管。


      VGS對漏極電流的控制關系可用iD=f(vGS)|VDS=const這一曲線描繪,稱為轉移特性曲線。轉移特性曲線斜率gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制造用。gm的量綱為mA/V,所以gm也稱為跨導。


      跨導的定義式如下:

      gm=△ID/△VGS|(單位mS)


      場效應管發熱嚴重的原因詳解

      1、電路設計的問題,就是讓MOS管工作在線性的工作狀態,而不是在開關狀態。這也是導致MOS管發熱的一個原因。如果N-MOS做開關,G級電壓要比電源高幾V,才能完全導通,P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗,等效直流阻抗比較大,壓降增大,所以U*I也增大,損耗就意味著發熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤;


      2、頻率太高,主要是有時過分追求體積,導致頻率提高,MOS管上的損耗增大了,所以發熱也加大了;


      3、沒有做好足夠的散熱設計,電流太高,MOS管標稱的電流值,一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流,也可能發熱嚴重,需要足夠的輔助散熱片;


      4、MOS管的選型有誤,對功率判斷有誤,MOS管內阻沒有充分考慮,導致開關阻抗增大。



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