MOSFET在DC-DC电源电路中的应用

        MOSFET是DC-DC电源电路中最关键的器件之一。
1、MOSFET和三极管对比         由于三极管的导通电阻具有负的温度系数，不利于均流，而MOSFET的导通电阻具有正温度系数，当多个MOSFET并联使用时，通流较多的MOSFET上功耗较大，温度上升，导致其导通电阻相应增大，而导通电阻的增大，又可促使电流分配到其他导通电阻相对较小的MOSFET上，从而实现均流。MOSFET比三极管更易于实现并联应用，适用于大输出电流的场合。
2、MOSFET应用要点
1）功率MOSFET分类
①功率MOSFET可分为N沟道和P沟道

• N沟道MOSFET:(栅极与源极之间的电压）阈值后，MOSFET开始导通，阈值的电平大于或等于；
• P沟道MOSFET：小于阈值后，MOSFET开始导通，阈值的电平小于或等于。

②根据栅极电平，可分为增强型和耗尽型

• 增强型MOSFET：时，MOSFET处于关断状态；
• 耗尽型MOSFET：时，MOSFET处于导通状态。

注：在DC/DC电源电路中，一般选用增强型MOSFET作为开关管，图1为增强型N沟道和P沟道MOSFET的原理图符号和转移特性曲线。 2）漏源极间的导通电阻
        工作时，功率MOSFET的功耗主要消耗在漏源极间的导通电阻上，一般大小为若干毫欧。
在设计中，对于 应该注意：

• N各MOSFET并联使用时，漏源极之间的等效导通电阻为单个MOSFET导通电阻的，即MOSFET并联使用有利于减小MOSFET上的功耗；（另一个优点是可以均流，缺点是会增大等效寄生电容，从而导致响应速度的降低）
• 具有正的温度系数，有利于均流和保护MOSFET，即有效地抑制局部温升，实现对器件的损坏。（三极管的导通电阻拥有负的温度系数）；

-->正温度系数：主要是指MOSFET的导通电阻 的大小会随着管子温度的增加而增大。
-->负温度系数：主要是指MOSFET的导通电阻的大小会随着管子温度的增加而减小。

• 一般而言，MOSFET尺寸越大，越小

3）导通时的栅源极间电压
        如果栅源极间电压只是等于或者略大于，MOSFET并不能完全导通，即只是MOSFET开始导通的电压值。
4）额定导通电流：导通电阻与额定导通电流成反比。在选型时，选择额定导通电流大一些的MOSFET器件，有利于降低功耗。
5）响应速度MOSFET属于单极型器件，能在极短时间内被关断，但其导通过程设计多子的运动，因此MOSFET的导通速度与输入电容密切相关。         极间电容是MOSFET器件本身的寄生电容（自身属性），包括和，分别是栅源极间的寄生电容和栅漏极间的寄生电容，当MOSFET导通时，栅极电流包括流经和的电流和 。
注：为导通MOSFET，首先需对其栅极电容充电，仅当电平超过阈值后，才开始导通，因此栅极电容的容值，是决定MOSFET导通速度的关键因素。
6）MOSFET栅极充电波形（结合图2进行理解）

• A-B阶段：栅极驱动电路为充电，直到栅极电平达到阈值，在这个过程中，漏极电流保持为零，在B时刻，栅极电荷值为；
• B-C阶段：栅极驱动电路继续为充电，栅极电平继续增大，由于B时刻MOSFET已开始导通，不断增大，但漏源间电压仍保持不变，在C时刻，充电完成，栅极极间电荷达到元件指定电荷值， 同时达到最大值；
• C-D阶段：漏极电流  和栅极电平保持不变，而漏极间电压  开始减小，栅极驱动电路开始为 充电，在D时刻，下降到最低电压， 充电完成，栅极间电荷达到元件指定电荷值 ；
• D-E阶段 ：和不再发生变化，而栅极电平 继续增大，直到达到栅极驱动电路的电平值。

7）MOSFET的并联使用应注意以下两点：
①MOSFET引脚的走线对称；
②在PCB上，对并联的MOSFET器件，尽量使用同一散热片。
目的：进一步保证并联MOSFET器件之间的电流、散热均衡。
8）MOSFET寄生二极管
        MOSFET内部有寄生二极管，且具备较强的通流能力，但在实际应用中需要注意，该寄生二极管并不能保证稳定工作，因此如有反向电流要求，不建议借用寄生二极管，而应在外部再并联一个反向的快恢复二极管。
9）MOSFET应降额使用
3、要点总结

• 在DC/DC电源电路中，一般选用增强型MOSFET作为开关管；
• 功率MOSFET的功耗主要消耗在漏源极之间的导通电阻 上，该参数具有正温度系数；
• 栅源极间阈值电压 仅能使MOSFET开始导通，在DC-DC电源电路中，应使MOSFET工作在完全导通的状态，此时所需的栅极驱动能力与MOSFET的栅极输入电容 、栅极电荷有关；
• MOSFET应该降额使用。