MOS管與bipolar優(yōu)缺點比較(共3頁)

1、功率MOSFET與雙極性晶體管的性能比較及優(yōu)勢當(dāng)前，功率MOSFET較雙極性晶體管(BJT)器件更受歡迎。如果把功率MOSFET和BJT作一番比較，可以發(fā)現(xiàn)功率MOSFET是一種高輸入阻抗、電壓控制的器件。而BJT則是一種低阻抗、電流控制的器件。在功率應(yīng)用中采用MOSFET具有眾多好處。 我 們可以通過下列幾個方面來比較一下這兩種器件的優(yōu)劣，首先是驅(qū)動電路，功率MOSFET的驅(qū)動電路比較簡單。BJT可能需要多達(dá)20%的額定集電極電流以 保證飽和度，而MOSFET需要的驅(qū)動電流則小得多，而且通?？梢灾苯佑蒀MOS或者集電極開路TTL驅(qū)動電路驅(qū)動。其次，MOSFET的開關(guān)速度比較迅 速，MOSFE

2、T是一種多數(shù)載流子器件，能夠以較高的速度工作，因為沒有電荷存儲效應(yīng)。 其三，MOSFET沒有二次擊穿失效機理，它在 溫度越高時往往耐力越強，而且發(fā)生熱擊穿的可能性越低。它們還可以在較寬的溫度范圍內(nèi)提供較好的性能。此外，MOSFET具有并行工作能力，具有正的電阻 溫度系數(shù)。溫度較高的器件往往把電流導(dǎo)向其它MOSFET，允許并行電路配置。而且還有一個好處是，MOSFET的漏電極和源極之間形成的寄生二極管可以 充當(dāng)箝位二極管，在電感性負(fù)載開關(guān)中特別有用。 使用功率MOSFET時需要考慮的因素功率MOSFET可以被看作接近理 想的器件，沒有BJT的某些局限性，因此功率MOSFET比前者更受歡迎。但是，

3、盡管功率MOSFET比BJT有所進(jìn)步，但在應(yīng)用時仍然需要特別注意其功 率耗散管理、開關(guān)損失最小化和MOSFET門驅(qū)動的優(yōu)化。MOSFET實質(zhì)上有兩種工作模式，即開關(guān)模式或線性模式。 所謂開關(guān)模式，就 是器件充當(dāng)一個簡單的開關(guān)，在開與關(guān)兩個狀態(tài)之間切換。線性工作模式一般是指，器件工作在某個特性曲線中的線性部分，但也未必如此。此處的“線性”是指 MOSFET保持連續(xù)性的工作狀態(tài)，此時漏電流是所施加在柵極和源極之間電壓的函數(shù)。它的線性工作模式與開關(guān)工作模式之間的區(qū)別是，在開關(guān)電路 中，MOSFET的漏電流是由外部元件確定的，而在線性電路設(shè)計中卻并非如此。 功率MOSFET可以用于多種應(yīng)用之中，包括馬

4、達(dá)控制、 電源和鎮(zhèn)流器等的開關(guān)電路，每種類型的電路都利用了MOSFET的某些獨特的電氣特性。當(dāng)為某個具體應(yīng)用選擇功率MOSFET時，設(shè)計人員不僅要考慮最大 漏極到源極電壓和器件的漏電流，而且需要考慮其它參數(shù)會對應(yīng)用產(chǎn)生什么影響。目標(biāo)是確保所選擇的器件不僅是最佳的技術(shù)選擇，而且也是性價比最高的選擇。 由于在許多設(shè)計中電路板空間非常有限，所以通常需要首先確定可以選用哪些封裝類型，這些封裝能夠在不超出確定的目標(biāo)成本的情況下支持設(shè)計的 電氣要求。功率MOSFET既有單器件也有雙器件形式，采用多種表面貼裝和通孔封裝類型，支持各種應(yīng)用。除了封裝技術(shù)以外，初步考慮還必須包括器件最大工 作電壓和電流，以及是否

5、需要容忍某些應(yīng)用中可能發(fā)生的雪崩情形，即開關(guān)電感性負(fù)載。 雪崩情形可能發(fā)生在關(guān)斷過程中，此時在漏極和源極之 間可能因感生負(fù)載而出現(xiàn)高浪涌電壓。這些能量水平隨后可能超過MOSFET的最大額定值。為此，最高通道溫度150C時的雪崩能量通常被列在制造商的數(shù) 據(jù)表之中。當(dāng)使用這些器件的時候，必須注意不要超過這個最大額定雪崩能量。特殊應(yīng)用中的功率水平將促使設(shè)計人員檢查器件的最大功率耗散，以及安裝在電路上 會對器件產(chǎn)生什么影響。 至于元件的額定功率，必須記住，它的散熱能力受到封裝以外的諸多因素影響。其中包括器件放置在電路板上其它器件 中間會耗散大量功率，封裝的周圍溫度水平，空氣流動情況，以及散熱器的容量(

6、可以加到電路板上的額外的銅面積，用于冷卻較小的SO8或TSSOP類型的元 件)等。 一項具體設(shè)計的工作效率將突顯需要考慮的其它MOSFET參數(shù)，其中包括導(dǎo)通阻抗和柵-源電荷。設(shè)計人員經(jīng)常僅把導(dǎo)通阻抗看作 是MOSFET的質(zhì)量因數(shù)，其實如果利用導(dǎo)通阻抗和柵-源電荷的乘積作為選擇器件的指南可能會更有用處。因為這就需要考慮源電荷對于開關(guān)控制的影響，它可 能影響MOSFET在具體設(shè)計中的總體效率。 源電荷數(shù)量實際上由兩部分組成：柵-源電荷和柵-漏電荷，它們被列在數(shù)據(jù)表之中，用于確定 驅(qū)動MOSFET門電壓所需的電荷數(shù)量。多數(shù)高功率MOSFET的柵-漏電荷多于柵-源電荷，在選擇MOSFET的驅(qū)動方式時(

7、即使用驅(qū)動IC的時候)必 須考慮這點。一旦選定了器件的驅(qū)動方法，就需要仔細(xì)研究設(shè)計的布局，它包括考慮驅(qū)動IC上單獨的源和返回路徑，用于功率和信號輸入，將有助于提高電路的總 體抗干擾性。 在需要高速開關(guān)的應(yīng)用中，往往需要大驅(qū)動電流，由于電路設(shè)計及功率MOSFET本身中的電感效應(yīng)，流入電路的電流水平可能 導(dǎo)致?lián)p耗增加。這些額外的寄生效應(yīng)可能限制器件有效地開關(guān)的速度。通過重視電路布局使這些效應(yīng)降至最低，以及利用經(jīng)過優(yōu)化以降低電感的MOSFET，能夠 改善電路性能。 另外一個需要考慮的因素是，除了謹(jǐn)慎的電路布局以外，許多應(yīng)用也能因MOSFET門驅(qū)動信號的優(yōu)化而得益，因為它使信號 傳輸時間降至最短。這將

8、使MOSFET在開通或者關(guān)閉時的功率損耗下降。根據(jù)不同的電路配置，經(jīng)常需要能夠以高轉(zhuǎn)換速度提供峰值電流的驅(qū)動器，以確保獲得 最佳可能電路效率。雙極性晶體管VS MOSFET自 從IR(INTERNATIONAL RECTIFIED國際整流器公司)發(fā)明了第一個MOSFET（METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTOR金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管）以來，MOSFET的性能的不斷提高，其在各種應(yīng)用領(lǐng)域得以大量使用；鑒于MOSFET的各種優(yōu)良特性和 良好的前景，各大電子元器件廠家紛紛投入大的人力研發(fā)自己的專利技術(shù)。IR的Direct FET技術(shù)，Inf

9、ineon Cool MOS的S-FET技術(shù),AATI的TrenchDMOS；伴隨之而來的專利的封裝技術(shù)。研發(fā)的重點依然在Rds(ON)的降低，柵極總電荷Qg的 減少等。 而雙極性晶體管“似乎”被人們越來越“看不起”，被很多人看作是“舊技術(shù)”；甚至有人斷言：不久的將來，MOSFET將完全取代BIPOLAR TRANSISTOR，尤其當(dāng)需要高速度，高效率的時候。這種觀點是站不住腳的；首先，我們可以理解新技術(shù)的產(chǎn)生對業(yè)界產(chǎn)生的推動以及帶來新的設(shè)計線路和 設(shè)計方法；但是沒有一種元器件、一種設(shè)計方法可以滿足所有的應(yīng)用。其次，需要看到雙極性晶體管也在向更高性能不斷發(fā)展，在某些領(lǐng)域同樣有著不可替代的作 用

10、。比如ZETEX，不斷的推出新的高性能的BIPOLAR TRANSISTOR，每一種元器件和技術(shù)都有它的優(yōu)點和缺點,都有它的應(yīng)用領(lǐng)域，本文我們將從幾個大家關(guān)心的方面進(jìn)行討論。 1擊穿電壓： 1)對于MOSFET來說， BVDSS（漏源擊穿電壓）在400V1000V而言，到80年代末，已經(jīng)基本發(fā)展到極至，目前已經(jīng)缺乏技術(shù)飛躍的可能性，Rds(ON)的改善，往往 僅靠早期的大封裝（諸如TO-220,D-Pack等）增大硅晶片的面積來達(dá)到；我們知道PLANER技術(shù)的缺點就是Rds(ON)的迅速上 升，Rds(ON)BV2.6，功耗增大，這成為MOSFET向高壓發(fā)展的瓶頸。 2)而對雙極性晶體管來說，

11、由于采用的是少子的PLANER導(dǎo)電，相對MOSFET來說，做到高壓容易多了。尤其是作為飽和開關(guān)的時候，集電極區(qū)阻抗的電 導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，極大的降低了Rce(sat),而MOSFET沒有類似的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。Rce(sat)BV2 （圖1） 此主題相關(guān)圖片如下：圖1 ZETEX 3rd 晶體管的Rce(on) vs BV 例： ZETEX的FMMT459，Bvces=450V,Ic=150mA,Rce(sat)typ=1.4ohm,SOT-23封裝；而同樣的參數(shù)的 MOSFET，需要DPAK這樣的大的封裝。下圖（圖2）是20V擊穿電壓條件下，晶體管和MOSFET的導(dǎo)通電阻比較： 此主題相關(guān)圖片如下：圖

12、2 20V器件的導(dǎo)通電阻比較 3) 另一個值得關(guān)注的問題是雙極性晶體管擊穿電壓的雙向性;而MOSFET的擊穿電壓是單向的，這主要是由于體二極管造成的；對MOSFET來說，如果存在反 壓擊穿問題，就需要并聯(lián)反向二極管或者用兩個MOSFET形成MOSFET對，而這當(dāng)然會引起導(dǎo)通損耗增大。 2大電流： 1）對MOSFET來說，高壓MOS由于受到Rds(ON)的影響，目前作大電流受到一定的限制；而在低壓MOSFET中，現(xiàn)在大多廠家均掌握 Trench MOSFET，縱向技術(shù)的發(fā)展，極低的Rds(ON)，使得Id很容易就達(dá)到幾十A，甚至上百A，各種利于散熱的專利封裝空前涌現(xiàn)。低壓大電流MOS已經(jīng) 在通訊

13、、消費、汽車、工控、便攜等電子設(shè)備里廣泛使用；同時涌現(xiàn)出一批專攻低壓大電流MOS的公司，比如臺系排行第三的ANPEC（茂達(dá)電子），低壓 (100V)MOS竟然連續(xù)幾年占其業(yè)績的50以上！ 2）對于雙極性晶體管來說，根據(jù)Ic=B*Ib來看，其增大電流Ic的方法就是增大發(fā)達(dá)倍數(shù)B。第一種方法就是用達(dá)林頓管，通過幾個晶體管的放大倍數(shù)相 乘，達(dá)到小的基極電流控制大的集電極電流的目的。其次就是開發(fā)大的放大倍數(shù)（B）的晶體管，諸如ZETEX的Super-B Transistor,單個晶體管就可以達(dá)到Ic=10A.（continuous） 3驅(qū)動電壓： 1）對于電壓型的MOSFET來說，近年來很多廠家推出了許多Vgs(th)低于1V的MOSFET；但是這僅僅是開門電壓，