獨家 手把手教你讀懂FET.doc

獨家 手把手教你讀懂FET 電源網訊 現(xiàn)在；一臺臺電源，幾乎都能發(fā)現(xiàn)FET的影子。幾乎每個電源工程師都用過這東西，或用來逆變；或用來整流；或就當個開關。由于用處不同；每個廠家都對不同用處FET做了專門優(yōu)化。以致同樣耐壓/電流的FET；有多個型號。自然；每個廠家都有其獨特的特點。高低貴賤；百花齊放，可見；作為工程師，讀懂FET；選取最合適的器件，是多重要！FET管是由一大群小FET在硅片上并聯(lián)的大規(guī)模集成功率開關。每個小FET叫胞，每個胞的電流并不大，只有百毫安級。設計師采用螞蟻捍樹的辦法；多多的數(shù)量FET并聯(lián)；達到開關大電流。也就是同樣大小硅片和耐壓下；胞越多；允許電流越大。得益于多胞結構；FET的寄身二極管擁有了耐受電壓擊穿的能力。即所謂的雪崩耐量。在數(shù)據(jù)表中；以EAR（可重復雪崩耐量）和EAS（單次雪崩耐量）表示。它表征了FET抗電壓（過壓）沖擊的能力。因此；許多小功率反激電源可以不用RCD吸收，F(xiàn)ET自己吸收就夠了。用在過壓比較嚴重的場合，這點要千萬注意??！大的雪崩耐受力；能提高系統(tǒng)的可靠性！FET的這個能力和電壓；終身不會改變。紅色指示的是FET開關的溝道，蘭色的是寄生的體二極管。平時；FET是關斷的。當柵上加正壓時；在鄰近柵的位置；會吸引許多電子。這樣；鄰近的P型半導體就變成了N型；形成了連接兩個N取的通道（N溝道），F(xiàn)ET就通了。顯然；FET的耐壓越高；溝道越長；電阻越大。這就是高壓FET的RDSON大的原因，反之；P溝FET也是一樣的，這里不在敘述。所以；功率FET，常被等效為：FET是實實在在的物質構成的；里面有導體/半導體/絕緣體。這些物質的相互搭配；做成了FET。那么；任何兩個絕緣的導體，自然構成了物理電容寄生電容紅色的就是DS間的寄生電容Coss。藍色的就是密勒電容Cgd。黑色的就是柵原電容Cgs。下面；分析這些電荷在開/關狀態(tài)下，是如何影響FET工作的。FET靜態(tài)關斷時，Cgd/Cgs充電狀態(tài)如圖示：柵電壓為零，Qgs=0。Qgd被充滿，Vgd=Vds。注：由于Cds通常和其它雜散電容并聯(lián)在一起；共同對電源施加影響，因此；這里暫時不做分析。問題將在后面和雜散參數(shù)一起一并討論。給FET的柵極施加正脈沖。由于Cgd在承受正壓時，電容量非常?。–gd雖然??；但是Qgd=Cgd*Ugd，Qgd仍然是很大的），Cgs遠大于Cgd。因此；脈沖初期，驅動脈沖主要為Cgs充電，直到FET開始開啟為止。開啟時；FET的柵電壓就是門檻電壓Vth。當FET柵電壓達到Vth，F(xiàn)ET開始導電。無論負載在漏極還是在源極，都將因有電流流過而承受部分或全部電壓。這樣FET將經歷由阻斷狀態(tài)時承受全部電壓逐漸變到短路而幾乎沒有電壓降落為止的過程。這個過程中，Cgd同步經歷了放電過程。放電電流為I=Qgd/ton。Igd密勒電流分流了FET的驅動電流！使得FET的柵電壓上升變緩。彌勒電荷越大；這個斜坡越長。彌勒電荷不僅和器件有關還和漏極電壓有關。一般；電壓越高；電荷量越大。FET的柵電壓達到Vth后；電流流過FET的溝道，此時；FET工作在線性區(qū)。FET視在斜率隨Id大小變化而變。但；從Vg、Id的變化量看，兩者之比就是FET跨到S。即S=(Id2-Id1)/(Vgs2-Vgs1)。由于在FET開的過程中，柵電壓變緩，是彌勒電容分流引起的，所以；也叫彌勒效應區(qū)。因此；在斷續(xù)反激電源里，彌勒效應區(qū)的柵電壓斜率基本不變。而正激、半/全橋等；斜率隨負載而變彌勒效應時間（開關時間）ton/off=Qgd/Ig注：1）Ig指FET的柵驅動電流。FET “ON” Ig=（Vb-Vth）/Rg2）Vb：穩(wěn)態(tài)柵驅動電壓FET經過彌勒區(qū)后；完全導通。原先阻斷D-S的PN結被開啟的溝道短路。由于失去了部分絕緣層，Cgd變大；以至和Cgs相當。并且；Cgd通過低阻抗的開啟溝道；和Cgs實現(xiàn)物理上的并聯(lián)。這樣；使得后期的驅動柵電壓沿發(fā)生了變化。如圖示FET的關斷過程和開啟過程的物理變化是一樣的，只是過程剛好相反如前面介紹，完整周期的驅動波型如圖示貼個典型實測柵VD的波型，體驗一下其中的奧妙。EAR/EAS這兩個量描述的是FET抗雪崩擊穿的能力。EAR描述的是可重復的雪崩耐量。EAS描述的是單次耐量。如在小功率反激里；取消RCD吸收后，大電流負載時的漏極電壓就需要EAR這個量來考核安全。再如大電流半/全橋電路里，橋短路時電流非常大；即便在安全工作區(qū)能關斷FET；仍會因引線等雜散寄生電感的作用而產生過壓，當關的比較快時；過壓就會超過FET耐壓極限而擊穿。EAS是衡量FET此時是否安全的參量.這里只列舉了這兩個量的概念了兩個實際工程中的應用實例。它們的意義遠非這些。這是這兩個量的典型圖表：安全工作區(qū)SOA，先看這兩張圖這是兩個同