MOS管的导通条件和MOS驱动电流计算

**1. 关于MOS管的极限参数说明：**

在以上图中，我们需要持续关注的参数主要有：

a. **ID（持续漏极电流）**：该参数含义是mos可以持续承受的电流值，在设计中，产品的实际通过电流值应远小于该值，至少应小于1/3以下，例：该mos管的使用持续电流应小于50A。

b. **PD（mos管的最大耗散功率）**：该参数是指设计中，实际通过mos管的电流与漏源两端的电压差值乘积，不应大于该值。 所以该值的很大程度取决于mos管中实际流过的电流值。

c. **Vgs（栅源电压范围）**：该值表示在mos管的实际开启关闭中，GS间所能承受的最大电压范围。

d. **VDSS（漏源间可承受的最大电压差值）**：该值一般我们看最小电压值，在实际设计中mos管DS端的电压差值也应远小于该值，并留有较大余量。（例如该mos管为75V，那么实际设计可承受的电压值应小于40V）。

**2. 关于mos管开启电压参数说明：**

一般在datasheet中，我们一般都只仅仅关注了两个参数值，如下图中参数：

我们许多初级的设计师，在使用mos管一般就会仅仅只关注这两个参数，即Vgs max与vgs th。

vgs max在上面参数中，我们已有说明。

这里我们重点说明下**vgs th**这个参数：

在该mos管中，该值的范围为2v~4v之间，mos工作在放大区域。 即mos管的导通沟道没有完全形成，这时的mos管是极其脆弱的。如果此时我们在mos管DS间设计大的电压，就可能会导致mos管的损坏，具体的原因是mos管没有完全导通，而此时DS压差又很大，又因为mos管自身有电阻的影响，所以导致此时通过mos管的电流也是比较大的。

这里就需要说明mos管的另外两个概念，即：**预夹断&夹断**。

mos管的预夹断：对于N沟道增强型MOS，只要VGS>VGSth，mos管DS之间就会出现反型层（即mos管已经导通，并在DS间形成了一条通道，该通道形成是因为栅极电压VGS的增大，将电子吸引至耗尽层形成），然后这时我们在mos管的DS间设置电压，D端连接电源正极，S端连接电源负极。那么问题就出现了，由于mos管的D端带有正电压，而形成的通道中带有负电，所以此时D端就会出现对通道中电子的吸引。导致耗尽通道中靠近D端的通道越来越窄，而在S端的通道越来越宽的情况（排斥）。如下图所示。

此时随着VDS的逐渐增大，当VDS=VGS-VGS th时，沟通在漏极一端恰好消失，此时就称为预夹断。

mos管的夹断：如果此时MOS管的D端电压持续升高，即当VDS>VGS- VGS th时，那么MOS管的D端反型层将彻底消失，出现了夹断区域。若此时VGS、VDS持续上升 ，那么S端的电子就会不受VGS控制，直接经过空间电荷区到达漏极，这就会导致DS间直接导通，此时mos管将损坏。

以上的预夹断和夹断将使我们引出MOS管的 I-V曲线概念：

看完以上参数延申出来的问题就是，VGS电压值我们到底应该怎么选呢？它写的2~4v，那么设计时VGS只要大于4V，比如5V就可以了呢？

相信如果你理解了以上参数后，基本就会明白。 在设计时，我们不能仅仅只看VGSth的限制电压，还需要结合VDS电压进行判断。

**3. 关于MOS管开启时，对于栅极的电流是否有要求呢？**

这个问题主要是很多时候的很多同学，都会提出反驳的意见。根据课本上学习的知识，MOS管是电压型控制器件，所以开关时对于栅极的电流没有任何要求。 其实这样的理解是不正确的。 这里就需要再重新理解下MOS管的开关过程。我们需要引入MOS管的寄生电容与米勒效应。

图中的CGD和CGS和CDS都是mos管的寄生电容，它是由于mos管的生产工艺决定的。

看到这里的电容相信很多同学就明白了，我们为什么说MOS管的开关也需要栅极电流的参与。我们可以这样理解，当我们栅极接通电压后，那么此时将先给CGS充电，当CGS充满电后，才会进一步打开mos管。同理我们都知道电容充电时的电流要求是比较大的，如果此时我们的栅极不能提供足够的电流能量，那么VGS处于米勒平台的时间将会特别长，显然这不是我们想要的结果。如下图

所以为了使mos管快速导通，我们就需要在栅极提供足够大的电流，来使mos管快速导通。那么导体需要多大的电流才合适呢？这个其实可以通过datasheet提供的参数Qgs Qgd Qg（此处的单位为电荷量的库仑）进行计算出来。

下面我们根据此MOS计算mos管栅极打开时，所需的电流值，公式如下：

**此处的FSW代表的为mos管开关频率，QG则代表的是mos管寄生电容值（一般我们取最大值）。

以该mos管的QG=170nc，FSW=500K为例计算：

IG=500*170=85000uA=85mA（所以从此处可以看出，当开关频率越高时，栅极所需要的驱动电流越大），显然这样的电流不是我们一般IO管脚可以提供的，所以我们一般采用到了推挽电路（推挽电路需考虑三极管器件的0.7V压降）或者专用的驱动芯片进行驱动**。

**4. MOS管的SOA参数说明：**

最后，我们还需要提一下mos管另一个重要曲线，即mos管的SOA曲线。如下图，在这张图中我们呢就可以根据我们实际的使用场景，来判断出MOS管的持续通电时间，即高电平占空比即周期。

蓝色：在VDS电压比较小时，ID通过的电流大小主要由MOS管的RSDS（on）来进行限制。在该区域内，当VGS电压与环境温度条件不变时时，我们近似把RDSON看似一个定值，由此得出VDS= ID · RDS（ON）。

黄色：在VDS升高到一定的值以后，MOS的安全区域主要由MOS的热阻相关也就是耗散功率来进行限制，而DC曲线则表示当流过电流为连续的直流电流时，MOSFET可以耐受的电流能力。其它标示着时间的曲线则表示MOSFET可以耐受的单个脉冲电流（宽度为标示时间）的能力。单次脉冲是指单个非重复(单个周期)脉冲，单脉冲测试的是管子瞬间耐受耗散功率（雪崩能量）的能力，从这部分曲线来看，时间越短，可以承受的瞬间耗散功率就越大。

红色：MOS管所能承受的最大脉冲漏极电流，也是对最大耗散功率进行了限制。

绿色：MOS管所能承受的VDS最大电压，如果VDS电压过高，PN结会发生反偏雪崩击穿，造成MOS管损坏。