### MOSFET工作原理详解 #### 一、MOSFET简介及基本原理 MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管），尤其在功率电子领域被称为功率场效应晶体管，是一种重要的电压控制型单极器件。这种器件具有自关断能力、低驱动功率、高速开关性能、无二次击穿现象以及较宽的安全工作区等优点，使其成为高频电力电子装置的理想选择。这些装置包括但不限于DC/DC转换器、开关电源、便携式电子设备、航天航空设备及汽车电子系统。 #### 二、MOSFET的结构与工作原理 ##### 1. 结构分类 MOSFET根据导电沟道的类型可以分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。在电力电子应用中，N沟道增强型MOSFET最为常见。 - **N沟道增强型MOSFET**：此类MOSFET在无栅极电压时处于关闭状态，只有当栅极电压高于阈值电压时才开始导通。 - **结构特点**：传统的MOSFET采用一次扩散形成器件，导电沟道平行于芯片表面；而功率MOSFET通常采用垂直导电结构，以提高器件的耐电压和耐电流能力。常见的垂直导电结构有V形槽(VVMOSFET)和双扩散(VDMOSFET)两种。 - **集成结构**：功率MOSFET常采用多单元集成技术，即在一个封装中集成了大量的小型MOSFET单元，以增加整体的电流处理能力和电压耐受能力。 ##### 2. 工作原理 MOSFET的工作原理可以通过其三个端子——漏极(D)、源极(S)和栅极(G)——来解释。当栅极与源极之间的电压(UGS)达到或超过开启电压(UT)时，MOSFET开始导通，允许电流从漏极流向源极。UGS越高，沟道宽度越大，导通电阻越小，从而允许更大的电流流动。 #### 三、MOSFET的静态特性和主要参数 MOSFET的静态特性主要关注其输出特性和转移特性，这两个特性可以帮助我们了解器件的基本行为和性能。 ##### 1. 输出特性 输出特性指的是漏极电流(ID)与漏极-源极电压(UDS)之间的关系。根据输出特性曲线，我们可以将工作状态划分为三个区域： - **截止区**：UGS < UT，此时MOSFET不导通。 - **饱和区**：UGS > UT且UDS足够大时，ID几乎不随UDS的变化而变化。 - **非饱和区**：UGS > UT且UDS较小时，ID随UDS呈线性增加。 ##### 2. 转移特性 转移特性描述了ID与UGS之间的关系。对于增强型MOSFET，只有当UGS达到或超过阈值电压UT时，ID才开始流动。该特性曲线反映了MOSFET的放大能力，跨导(gm)被用来量化这种能力，其定义为ID对UGS的微分。 ##### 3. 主要参数 - **漏极击穿电压(BUD)**：器件能承受的最大漏极电压，超过此电压可能会导致击穿。 - **漏极额定电压(UD)**：器件正常工作的最大漏极电压。 - **漏极电流(ID)**：器件正常工作的最大漏极电流。 - **栅极开启电压(UT)**：使MOSFET导通所需的最小UGS。 - **跨导(gm)**：反映MOSFET栅极控制能力的重要参数。 #### 四、MOSFET的动态特性和主要参数 MOSFET的动态特性主要关注其开关速度和相关的时间参数。作为单极型器件，MOSFET的开关速度非常快，一般在纳秒级别。 - **开关过程**： - **开通过程**：从脉冲电压的上升沿开始，经过延时时间(td(on))和上升时间(tr)，MOSFET完全导通。 - **关断过程**：当脉冲电压下降至零后，经过延时时间(td(off))，MOSFET完全关断。 这些动态特性的具体数值取决于器件的具体参数，例如栅极电阻(RG)、信号源内阻(RS)等。 MOSFET作为一种高效的功率管理元件，在现代电力电子技术中扮演着至关重要的角色。通过对其基本原理、静态特性和动态特性的深入了解，工程师们能够更好地设计和优化包含MOSFET的电力电子系统。

Janus 控制器 20.01 Janus 控制器是一种无刷电机驱动器，带有一个板载磁性编码器、一个三相 MOSFET 驱动器、三个 MOSFET 半桥、一个温度传感器和电流感应电阻器。 Janus 控制器旨在与 ESP32 Dev-Kit1 一起作为保护罩使用，以便爱好者和学生更轻松地对电路板进行编程，并降低电路板的整体价格。 该板可用于驱动无刷电机作为开环系统或使用板载编码器驱动电机作为闭环系统并使用更复杂的算法，例如用于位置和速度控制的磁场定向控制。 我建议使用 Arduino 库，因为它已证明可以完美地用于位置和速度控制，并且易于实现，但您始终可以使用自己的算法。 我的使用适用于 ESP32 的库。 主要规格 规格 评分 方面 51 x 51 毫米 电源电压 5-12V 最大持续电流 取决于冷却 最大峰值电流 高达 23A 编码器分辨率 4096 cpr/ 0.088 度

解释功率MOSFET 数据手册中提供的参数和图表，其目标是帮助工程师确定针对特定应用的最佳器件。例如，当主要考虑开关损耗时，便尽可能减少开关电荷；而主要考虑导通损耗时，则尽可能降低导通电阻。

本文主要阐述了MOSFET在模块电源中的应用，分析了MOSFET损耗特点，提出了优化方法;并且阐述了优化方法与EMI之间的关系。

Nexperia全新POWER MOSFET工程师设计指南 1. 介绍MOSFET参数； 2. 功率MOSFET单次和重复雪崩强调限值 3. RC热阻模型的使用 4. 热设计一 5. 热设计二 6. 功率MOSFET的并联使用 7. RC缓冲电路的设计 8. 功率MOSFET电气过应力的失效特征 9. 功率MOSFET的一些常见问题

UCC28610 Design Guide ；开关电源设计。

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根据富士电机资料，汽车电子的核心是MOSFET和IGBT，无论是在引擎、戒者驱劢系统中癿发速箱控制和制劢、转向控 制中还是在车身中，都离丌开功率半导体。在传统汽车中癿劣力转向、轴劣刹车以及座椅等控制系统等，都需要加上电 机，所以传统汽车癿内置电机数量迅速增长，带劢了MOSFET癿市场增长。 新能源汽车中，除了传统汽车用到癿半导体需求之外，还需要以高压为主癿产品，如IGBT，对应癿部件有逆发器、PCT 加热器、空调控制板等。异构计算芯片是新能源汽车的“大脑”。中控芯片主要用二完成传感器信号——传感器数据— —驱劢数据——驱劢信号这样一个完整工作流程。未来主控芯片多为FPGA和ASIC。FPGA

高温或内部功耗产生的过多热量可能改变电子元件的特性并导致其关机、在指定工作范围外工作，甚或出现故障。电源管理器件（及其相关电路）经常会遇到这些问题，因为输入与负载之间的任何功耗都会导致器件发热，所以必须将热量从这些器件中驱散出来，使其进入PCB、附近的元器件或周围的空气。即使在传统高效的开关电源中，当设计PCB和选择外部元器件时，也都必须考虑散热问题。

碳化硅SiC MOSFE Vd‐Id 特性 SiC‐MOSFET 与IGBT 不同，不存在开启电压，所以从小电流到大电流的宽电流范围内都能够实现低导通损耗。 而Si‐MOSFET 在150℃时导通电阻上升为室温条件下的2 倍以上，与Si‐MOSFET 不同，SiC‐MOSFET的上升率比较低，因此易于热设计，且高温下的导通电阻也很低。 驱动门极电压和导通电阻 SiC‐MOSFET 的漂移层阻抗比Si‐MOSFET 低，但是另一方面，按照现在的技术水平，SiC‐MOSFET的MOS 沟道部分的迁移率比较低，所以沟道部的阻抗比Si 器件要高。因此，越高的门极电压，可以得到越低的导通电阻（Vgs=20V 以上则逐渐饱和）。如果使用一般IGBT 和Si‐MOSFET 使用的驱动电压Vgs=10～15V 的话，不能发挥出SiC 本来的低导通电阻的性能，所以为了得到充分的低导通电阻，推荐使用Vgs=18V 左右进行驱动。Vgs=13V 以下的话，有可能发生热失控，请注意不要使用。 Vg‐Id 特性