MOSFET的导通电阻

我们现在来讲 MOSFET 的导通电阻

它位于书本的 5.1.2 节

我们可以看到电流由 D 流向 S

是通过单一的 N 型半导体流过的

所以它没有电导调制效应

那么三极管我们知道

它的导通管压降是 0.7V

这叫电导调制效应

而 MOSFET 的导电是单一导体

这也就等同于电阻导电的性质

那么如果想要耐压越高

就得把做厚

越厚的话导通电阻就会越大

我们来看 TI 的

低导通电阻系列的 MOSFET 开关

我们选择导通电阻小于 1.7mΩ

我们来看，结果选出五种产品

我们看它的耐压从 25V 到 40V 不等

那么这说明什么呢

说明在低压开关电源的领域

也就 25 到 40V

完全可以用低压开关电源领域

它的 MOSFET 的导通压降

我们看最小的 0.92

在控制电压高的时候小到 0.69

也就是说可以逼近 1mΩ 这个数量级

当然这也是非常优异的指标

那么 MOSFET 开关的长处是低压场合

我们来看低压的 MOSFET 的开关

它的电阻我们刚看了可以小到 1mΩ

那么我们流过 100A 的电流

导通压降就是 0.1V

功耗 10W

而同样一个 IGBT 它要流过 100A 的电流

导通压降我们取个中间值

它一点几伏到三伏的 IGBT 都有

取个中间值 2V 的话

它的功耗会达到 200W

是在低压时候是 MOSFET 有优势

但是如果应用于高压场合

高压的 MOSFET 它的导通电阻会增大

比如说达到 1Ω

那么电流还 100A

导通压降就达到 100V

功耗就达到 10kW

而 IGBT 因为它不是导通电阻的机制

它有电导调制效应

它的导通压降还是 2V

这时候它的功耗就有优势了

所以 MOSFET 它的长处是低压场合

我们下面来讲什么是同步整流

位于书本的 5.1.7 节

把 MOSFET 作为开关来使用

我们很容易理解

但是其实二极管

在电力电子电路中也是开关

当二极管导通的时候

那就相当于开关闭合

当二极管截止的时候

相当于开关断开

我们二极管导通的管压降

在低压电路中实际上是损耗的主要来源

所以在低压中我们尽量选用管压降小的

比如肖特基二极管

然而当我们的电源输出电压非常低的时候

比如说就是 2.5V、1.8V

甚至超低电压的 CPU 是 0.9V 供电

那么即使肖特基二极管的损耗也不可忽视

直接就百分之几十的效率降下来了

那么这个时候我们可以把 MOSFET

当成二极管来使用

这种方法叫同步整流

我们看图中等效出左边和右边两个二极管

那么 MOSFET 到底应该

等效为左边还是右边

由于 MOSFET 寄生二极管 D3

所以在通常用 MOSFET 的时候

我们的电流是从 D 流到 S 的

如果按照常常用法

我们当成二极管使用

就是左边这个等效为 D1

但是如果那样的话

由于寄生二极管 D3 的存在

你也就变成了正向也导通、反向也导通

就根本不是二极管的性质

正确的方案是让 MOSFET 等效为

D2 所示的二极管方向

那么当 D3 倾向于要导通的时候

我给 GS 之间加载控制电压

让 MOSFET 导通

这样的话由于

从 S 到 D 之间的管压降非常小

这个二极管 D3 根本就不能够导通

也就是说我的 MOSFET 把 D3 旁路掉了

取代了二极管的位置

我们可以看到

当 MOSFET 导通的时候

是单一的 N 型半导体参与导电

我既可以电流从 D 流到 S

也可以电流从 S 流到 D

也就是 S 流到 D 这个方向

这种用法就是拿 MOSFET 取代二极管

我们通过分析可以知道

我们是需要给 GS 之间

适当的时候去加上控制电压

而不能一直加控制电压让它导通

才能实现用 SD 导通取代二极管的目的

所以这也是为什么叫

同步控制、同步整流电路的由来

本课小结

MOSFET 的导通电阻的概念

由于参与导通的时候

参与导电的全是 N 型半导体

所以它并不像三极管那样有电导调制效应

而是单一的电阻导电性质

也就是说从 D 流到 S

你要路过一个导体

导体就会有电阻

这个路径越长

那么电阻就会越大

当然如果导电沟道越宽

导通电阻就会越小

所以 MOSFET 衡量它的导通

是个导通电阻的概念

MOSFET 的适用场合

MOSFET 它特别适用于低压场合

因为低压时候它的导通电阻可以做得非常小

小到只有 1mΩ

那么这个时候它的损耗就特别有优势

而高压的时候

MOSFET 它不是不能做高压，可以做

做完以后它的电阻会非常大

能达到欧姆级

那么这个时候

如果你还让它流过很大的电流

就会形成极大的导通压降

事实上也不可能

有一个导通电阻 1Ω 的 MOSFET

它的电流允许 100A

10kW 的耗散功率

你怎么散热都散不过来

一般达到这么大导通电阻的 MOSFET

也就几安培电流

如何利用 MOSFET 来取代二极管

也就同步整流呢

我们是把 MOSFET

当成这个方向导通的二极管来使用

也就是当我判断出 D3 应该要导通的时候

我去给 GS 之间加控制电压

让导电沟道形成

电流可以从 S 流到 D 来短路掉 D3

由于 S 到 D 它的导通压降很小

导通电阻很小

乘以电流还是很小

那么就旁路掉了 D3

这时候损耗就会特别小

这就是同步整流

这节课就到这里

我们现在来讲 MOSFET 的导通电阻

它位于书本的 5.1.2 节

我们可以看到电流由 D 流向 S

是通过单一的 N 型半导体流过的

所以它没有电导调制效应

那么三极管我们知道

它的导通管压降是 0.7V

这叫电导调制效应

而 MOSFET 的导电是单一导体

这也就等同于电阻导电的性质

那么如果想要耐压越高

就得把做厚

越厚的话导通电阻就会越大

我们来看 TI 的

低导通电阻系列的 MOSFET 开关

我们选择导通电阻小于 1.7mΩ

我们来看，结果选出五种产品

我们看它的耐压从 25V 到 40V 不等

那么这说明什么呢

说明在低压开关电源的领域

也就 25 到 40V

完全可以用低压开关电源领域

它的 MOSFET 的导通压降

我们看最小的 0.92

在控制电压高的时候小到 0.69

也就是说可以逼近 1mΩ 这个数量级

当然这也是非常优异的指标

那么 MOSFET 开关的长处是低压场合

我们来看低压的 MOSFET 的开关

它的电阻我们刚看了可以小到 1mΩ

那么我们流过 100A 的电流

导通压降就是 0.1V

功耗 10W

而同样一个 IGBT 它要流过 100A 的电流

导通压降我们取个中间值

它一点几伏到三伏的 IGBT 都有

取个中间值 2V 的话

它的功耗会达到 200W

是在低压时候是 MOSFET 有优势

但是如果应用于高压场合

高压的 MOSFET 它的导通电阻会增大

比如说达到 1Ω

那么电流还 100A

导通压降就达到 100V

功耗就达到 10kW

而 IGBT 因为它不是导通电阻的机制

它有电导调制效应

它的导通压降还是 2V

这时候它的功耗就有优势了

所以 MOSFET 它的长处是低压场合

我们下面来讲什么是同步整流

位于书本的 5.1.7 节

把 MOSFET 作为开关来使用

我们很容易理解

但是其实二极管

在电力电子电路中也是开关

当二极管导通的时候

那就相当于开关闭合

当二极管截止的时候

相当于开关断开

我们二极管导通的管压降

在低压电路中实际上是损耗的主要来源

所以在低压中我们尽量选用管压降小的

比如肖特基二极管

然而当我们的电源输出电压非常低的时候

比如说就是 2.5V、1.8V

甚至超低电压的 CPU 是 0.9V 供电

那么即使肖特基二极管的损耗也不可忽视

直接就百分之几十的效率降下来了

那么这个时候我们可以把 MOSFET

当成二极管来使用

这种方法叫同步整流

我们看图中等效出左边和右边两个二极管

那么 MOSFET 到底应该

等效为左边还是右边

由于 MOSFET 寄生二极管 D3

所以在通常用 MOSFET 的时候

我们的电流是从 D 流到 S 的

如果按照常常用法

我们当成二极管使用

就是左边这个等效为 D1

但是如果那样的话

由于寄生二极管 D3 的存在

你也就变成了正向也导通、反向也导通

就根本不是二极管的性质

正确的方案是让 MOSFET 等效为

D2 所示的二极管方向

那么当 D3 倾向于要导通的时候

我给 GS 之间加载控制电压

让 MOSFET 导通

这样的话由于

从 S 到 D 之间的管压降非常小

这个二极管 D3 根本就不能够导通

也就是说我的 MOSFET 把 D3 旁路掉了

取代了二极管的位置

我们可以看到

当 MOSFET 导通的时候

是单一的 N 型半导体参与导电

我既可以电流从 D 流到 S

也可以电流从 S 流到 D

也就是 S 流到 D 这个方向

这种用法就是拿 MOSFET 取代二极管

我们通过分析可以知道

我们是需要给 GS 之间

适当的时候去加上控制电压

而不能一直加控制电压让它导通

才能实现用 SD 导通取代二极管的目的

所以这也是为什么叫

同步控制、同步整流电路的由来

本课小结

MOSFET 的导通电阻的概念

由于参与导通的时候

参与导电的全是 N 型半导体

所以它并不像三极管那样有电导调制效应

而是单一的电阻导电性质

也就是说从 D 流到 S

你要路过一个导体

导体就会有电阻

这个路径越长

那么电阻就会越大

当然如果导电沟道越宽

导通电阻就会越小

所以 MOSFET 衡量它的导通

是个导通电阻的概念

MOSFET 的适用场合

MOSFET 它特别适用于低压场合

因为低压时候它的导通电阻可以做得非常小

小到只有 1mΩ

那么这个时候它的损耗就特别有优势

而高压的时候

MOSFET 它不是不能做高压，可以做

做完以后它的电阻会非常大

能达到欧姆级

那么这个时候

如果你还让它流过很大的电流

就会形成极大的导通压降

事实上也不可能

有一个导通电阻 1Ω 的 MOSFET

它的电流允许 100A

10kW 的耗散功率

你怎么散热都散不过来

一般达到这么大导通电阻的 MOSFET

也就几安培电流

如何利用 MOSFET 来取代二极管

也就同步整流呢

我们是把 MOSFET

当成这个方向导通的二极管来使用

也就是当我判断出 D3 应该要导通的时候

我去给 GS 之间加控制电压

让导电沟道形成

电流可以从 S 流到 D 来短路掉 D3

由于 S 到 D 它的导通压降很小

导通电阻很小

乘以电流还是很小

那么就旁路掉了 D3

这时候损耗就会特别小

这就是同步整流

这节课就到这里