小信号MOSFET及其应用

N沟道MOSFET概述

N沟道MOSFET有三个电极，分别是源极S、漏极D和栅极G。当VGS=0时，漏、源极之间无原始导电沟道，ID=0；当VGS>0但是比较小时，漏、源极之间也无导电沟道。当VGS>VGS(th)， 在D和S之间加正电压，就会产生漏极电流ID，ID将随VGS的增加而增大。

用MOSFET作为开关应用时，可以用图1中的模型来分析，当G、S极电压为零时，D、S不导通，相当于开路。当栅极电压为10V，源极电压为0V时，就有电流ID流过漏、源极，漏极和源极之间处于导通状态。MOSFET内部漏极、源极之间有一个寄生的反向二极管。该二极管在电路图中常常未被标出，当MOSFET处于关断状态，如漏源极有负向电压时，二极管可能会导通，在设计时要注意这一点。

图1 MOSFET作为开关的应用

在MOSFET的规格书中，通常会给出MOSFET的特性参数，如输出曲线、输出电压、通态电阻RDS(ON)、栅极阀值电压VGS(TH)等。在选择MOSFET时，需要根据电路的具体要求选择适当的参数。同时注意，每个参数都有对应的测试条件。

虽然在MOSFET的规格书中会给出很多参数，但有五个参数是最重要的：首先要选择合适的封装；第二，要看击穿电压额定值（VDSS）；第三，选择适当通态电阻RDS(on)；第四，要看栅极电荷量QGD，它会影响开关速度；第五，要看栅极阀值电压VGS(TH)，它是刚刚开始形成导电沟道的栅、源极电压。

击穿电压V(BR)DS是指PN结发生击穿后，在输出特性曲线中漏极电流ID从水平开始迅猛上升时的漏源极电压值，是在关断时漏源极能承受的最大电压。在规格书中，会给出结测试条件，比如结温是25℃到150℃，参考标准是IEC600134。

当MOSFET处于导通状态时，漏源极之间可以看做一个电阻，阻值通常是欧姆或者毫姆。该通态电阻是影响最大输出的重要参数，在开关电路中它决定了信号输出幅度与自身损耗。通态电阻会受到漏极电流、栅源极电压与温度的影响。在设计时，可参考RDS曲线。

在MOSFET开关期间，由于残存电荷的存在，MOSFET会消耗很大的能量。这个开关损耗，会使器件的温度升高。开关能量损耗，主要取决于栅极电荷量QGD，QGD较小的话，开关损耗就小。

栅极阀值电压VGS(TH)表示开始有规定的漏极电流时的最低栅极电压。在工业应用中，常将漏极短接条件下ID>1mA时的栅极电压定义为阀值电压。阀值电压会随结温而变化，所以通常在规格书中会标出其最小值和最大值。

再比较一下N沟道和P沟道MOSFET。N沟道MOSFET在VG>VS时，D、S导通，电流ID从D流向S。 P沟道MOSFET在VG<VS时，D、S导通，电流从S流向D。

在设计开关电路时，通常会用到MOSFET或者双极性三极管。其中，MOSFET有低通电组和寄生二极管，具有负温度系数特性，由电压驱动，可支持高的开关速度，但是对ESD敏感。双极性三极管有比较低的饱和导通压降，没有寄生二极管，具有正温度系数特性，电流驱动，只支持低的开关速度，但抗ESD等级很高，人体静电模型通常会大于10千伏。

小信号MOSFET的典型应用

在电源管理应用中，MOSFET最常见的应用是做负载开关或者信号开关。由于通态电阻低，减小了传导损耗，所以功率损耗也就小，D、S间产生的压降也就小。MOSFET产品系列很多，可选择合适的阀值门限电平，满足不同的负载要求。

图2中左图为一个N沟道和一个P沟道的MOSFET的方案。Q2导通时，Q1也导通；Q2关断时，Q1也关断。右图则把Q2换成了更常用的双极性三极管。双极性三极管没有门限电平，需要设计好积极驱动，使三极管处于开关状态。

图2 小信号MOSFET的典型应用——浮栅操作

图3中的负载开关广泛应用于电视、机顶盒、平板显示器、电源、电脑主板等产品中。图中的PMV65XP和BC847是恩智浦的产品。PMV65XP为一个P沟道MOSFET，而BC847是一个双极性三极管。这类电路的成本比两个MOSFET要便宜。

图3 小信号MOSFET的典型应用——负载开关

在电源应用中，也经常会用到负载开关，如用做电池分配。通常用两个双极性三极管，或两个MOSFET作VCC开关切换。比如机顶盒的28V、20V、12V和5V开关，DVD的112V、5V开关，电视的8V、10V、14V和140V开关。

在半桥、全桥应用中，会用到电压较高的MOSFET。在这里，推荐使用SOT223 封装的N沟道MOSFET。它的VDS为100V，最大漏极电流为2A、3.5A和6A。

在汽车电子的马达驱动应用中，功率额定值从3W（12V）到40W（48V），频率较低，通常从60Hz到100Hz，这种应用属于低速开关应用，不要求很高的开关性能，在这里推荐使用SOT223封装，击穿电压为30V、55V、60V、75V、100V和110V。

在消费电子产品应用中，也有一些马达驱动电路，如图4所示。其中，SOT23 封装最常用，如果需要小型化，也可以选用SOT323或SOT883封装。设计时，可选用通态电阻较小的，从而减小损耗。

图4 小信号MOSFET的典型应用——消费类电子产品中的马达驱动电路

作者：NXP公司   来源：中电网