MOS管分为结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。但按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。
不同之处:结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。
耗尽型:即在0栅偏压时就能够导电的器件,就是说耗尽型MOS管在G端( Gate )不加电压时就有导电沟道存在。
增强型:即在0栅偏压时是不导电的器件,只有当栅极电压的大于其阈值电压时才能出现导电沟道的场效应管,也就是说增强型MOS管只有在开启后,才会出现导电沟道。
工作原理:
耗尽型:当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。即:耗尽型MOS管的VGS (栅极电压)可以用正、零负电压控制导通。
增强型:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。即:增强型MOS管必须使得VGS>VGS (th) (栅极阈值电压)能导通。
耗尽型MOS管结构
①以低掺杂的P型硅片为衬底
②利用扩散工艺制作两个高掺杂的N+区,并引出两个电极,分别为源极s,漏极d
③在半导体上制作一层SiO2绝缘层,在SiO2上制作一层金属铝,引出电极,作为栅极g
④在SiO2绝缘层中掺入大量正离子,那么即使Ugs=0,在正离子作用下,P衬底的表面会有电子汇聚,也会形成反型层,造成漏-源之间存在导电沟道。
⑤只要在d-s之间加电压,就会产生漏极电流。 (Ugs>Ugs(off))
⑥Ugs为正时,反型层变宽,导电沟道电阻降低
⑦当Ugs从零减小到一定值时,反型层消失,漏-源之间的导电沟道消失,此时Ugs称为夹断电压Ugs(off)
⑧Ugs可以在正、负值得一定范围内实现对id的控制,且任然保持栅-源之间的绝缘电阻。
两类耗尽型MOS管
通过导电沟道所带电荷判断(箭头所指的就是N沟道)
导电沟道为N则为N沟道耗尽型MOS管
导电沟道为P则为P沟道耗尽型MOS管
耗尽型功率MOS管用途
固态继电器
如图所示,耗尽型MOSFET在实现以固态继电器(SSR)取代机械继电器(EMR)的负载开关方面表现出色。固态继电器的主要优点是不受磁场影响,由于没有机械触点而具有更高的可靠性,并且节省了PCB占用空间。医疗设备、工业自动化、测量和测试设备以及消费电子等应用都广泛使用固态继电器。
开关型电源的启动电路 - SMPS
SMPS传统启动电路方法是通过功率电阻和齐纳二极管。在这种方法中,即使在启动阶段之后,功率电阻也会持续消耗功率,这导致PCB上的热量过高,工作效率低下,以及SMPS输入工作电压范围受到限制。可以采用基于耗尽型MOSFET的方法来替代,如图所示。
耗尽型MOSFET提供PWM IC所需的初始电流以启动运作。在启动阶段之后,辅助绕组将生成PWM IC所需的功率。在正常运行期间,耗尽型MOSFET由于静态电流较低,因而所消耗的功率最少。
这种方法的主要优势是在启动序列操作之后的功耗理论值为零,从而提高了整体效率。此外,所占用的PCB面积更小,并可实现宽泛的直流输入电压范围,这对许多应用(如太阳能逆变器)是至关重要的。
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