選型必看！MOSFET四大非理想參數詳解

幾乎所有的書籍資料，在講解MOSFET的時候，都喜歡先從微觀結構去分析MOSFET基于半導體特性的各種結構，然后闡述這些結構導致其參數的成因。但是這種方式對于物理基礎較弱的應用型硬件工程師是非常不友好的，導致大家看了大量的表述沒有理解，沒有汲取到營養(yǎng)。各種三維、二維的圖形，各式各樣，也不統(tǒng)一。

本章節(jié)，我們從應用的角度，來看我們選擇一個開關的器件，當選擇了一個MOSFET之后，他并不是一個完全理想的開關器件。通過其不理想的地方，理解他的一些關鍵參數。后續(xù)的內容，我們再通過微觀結構去理解一下導致這些參數的原因。先知道是什么樣的，再理解為什么會導致這個樣，更易于幫助大家理解。

前文，我們已經提到我們在開關電源中選擇增強型N-MOSFET，我們希望他是一個理想的開關。要么完全打開（打開時，電阻值為∞），要么完全閉合（閉合時，電阻值為0），而且打開和關閉的過程是瞬間完成的，不需要開關過程的時間。

首先在完全“開”和完全“關”的狀態(tài)，MOSFET就是不理想的，這里涉及他的兩個參數。

1、IDSS：零柵壓漏極電流

IDSS是指在當柵源電壓為零時，在特定的漏源電壓下的漏源之間泄漏電流。即，剛剛我們描述的在MOSFET在完全“打開”的狀態(tài)，柵極（G極）和源極的壓差為0的時候，此時有漏電流通過MOSFET。也就是說MOSFET在截止的時候，沒那么理想，會“漏電”。

既然泄漏電流隨著溫度的增加而增大，IDSS在室溫和高溫下都有規(guī)定。漏電流造成的功耗可以用IDSS乘以漏源之間的電壓計算，通常這部分功耗可以忽略不計。特別是對于大功率開關電源，這點功耗在總功耗中的比例非常小。

2、RDS(on)：導通電阻

RDS(on) (Static 
Drain-to-SourceOn-Resistance,靜態(tài)通態(tài)電阻)是MOSFET充分導通時漏-源極之間的等效電阻。即，我們剛剛說的在開關完全閉合時，電阻不為0,有一個小電阻就是這個RDS(on)。在非飽和狀態(tài)DS之間的電壓是隨著柵極偏置電壓VGS的提高而降低的到飽和導通狀態(tài)時達到最低值。在飽和導通狀態(tài),如果忽略溫度的變化RDS(on)幾乎不受漏極電流的影響。換言之，一定溫度條件下,飽和導通的MOSFET的RDS(on)幾乎是一個定值。

根據歐姆定律不難明白，RDS(on)是MOSFET導通功耗的決定性因素。低電壓規(guī)格的MOSFET的RDS(on)很低,這就意味著在開關狀態(tài)下，低電壓規(guī)格的MOSFET的自身功耗很低,這是MOSFET近年來發(fā)展迅速的主要原因之一。

它是一個非常重要的參數，決定了MOSFET導通時的消耗功率。此參數一般會隨結溫度的上升而有所增大。故應以此參數在高工作結溫條件下（最惡劣條件下）的值作為損耗及壓降計算。

在MOSFET的制造工藝中，為了獲得更低的RDS(on)，會犧牲其他的性能，例如：DS之間的擊穿電壓VDDS。

RDS(on)越小的器件,制作的開關電源效率越高。但耐壓高的MOSFET，RDS(on)也大，所以限制了 低RDS(on)的MOSFET在高電壓開關電源中的應用。另外,漏極電流Id增加, RDS(on)也略有增加; 柵壓Vgs升高, RDS(on)有所降低。一般所有型號的MOSFET在說明書的顯著位置給出的Rps(on)值均是指特定的測試條件下的值。器件資料中標定的在特定RDS(on),是特定條件下測試的結果，一般VGS（一般為10V）、結溫及漏極電流的條件下，MOSFET導通時漏源間的最大阻抗。

3、VGS(th)或VGS(off)：閾值電壓

如果我們把MOSFET看成是一個開關，則控制這個開關的打開或者關閉，也是需要一定的條件的。并不是一點能量都不需要就可以對MOSFET進行控制。這個控制的條件就是VGS(th)或VGS(off)：閾值電壓。

VGS(th)是指加的柵源電壓能使漏極開始有電流，或關斷MOSFET時電流消失時的電壓。當外加控制柵極-源極之間的電壓差Vgs超過某一電壓值，使得這個開關開始打開的時候時，該值表示為Vgs(th)。對于器件廠家給出這個參數的時候，通常將漏極上的負載短接件下漏極電流 Id等于1mA時的柵極電壓定義為閾值電壓。

一般來講,短溝道MOSFET的漏極和源極空間電荷區(qū)對閾值電壓的影響較大，即隨著電壓增加,空間電荷區(qū)伸展,有效溝道長度縮短,閾值電壓會降低。因為工藝過程可影響Vgs(th),故Vgs(th)是可以通過改動工藝而調整的。當環(huán)境噪聲較低時,可以選用閾值電壓較低的管子,以降低所需的輸入驅動信號電壓。當環(huán)境噪聲較高時,可以選用閾值電壓較高的開關管,以提高抗干擾能力。閾值電壓一般為1.5~5V。

結溫對閾值電壓有影響，大約結溫每升高45℃，閾值電壓下降10%，溫度系數為

正常情況下，所有的MOS柵極器件的閾值電壓都會有所不同。因此，VGS(th)的變化范圍是規(guī)定好的。VGS(th)是負溫度系，當溫度上升時，MOSFET將會在比較低的柵源電壓下開啟。

早期低Vgs（th）的MOSFET幾乎沒有，所以一般我們需要用單片機控制電源通斷的電路都需要先通過一個三極管轉成高壓控制信號再控制MOSFET。但是隨著低Vgs（th）的MOSFET的普及，可以直接對MOSFET進行控制。

4、結電容

因為是半導體，就有PN結，有PN結，就有結電容。當然根據我們剛剛的方法，先不管微觀模型。我們先從宏觀上看一下結電容等效到MOSFET三個電極之間的等效電容。

盡管結電容的容量非常小,對電路穩(wěn)定性的影響卻是不容忽視的，處理不當往往會引起高頻自激振蕩。更為不利的是,柵控器件的驅動本來只需要一個控制電壓而不需要控制功率,但是工作頻率比較高的時候,結電容的存在會消耗可觀的驅動功率，頻率越高,消耗的功率越大。

這也就是我們通常認為，MOSFET的GS兩極之間是一個高阻值的電阻，但是在設計開關電源的時候，我們通常需要加粗Gate極的PCB走線。保障在開關的過程中，驅動MOSFET的瞬間電流比較大，有足夠的通流能力。這正是因為極間等效電容的存在。

當然這個過程不簡簡單單是對電容進行充電，還存在更復雜的過程。我們在后續(xù)的內容進行講解。敬請期待。