瞬态条件和开关模式操作有关的MOSFET特性

在本文中，我们将讨论与瞬态条件和开关模式操作有关的MOSFET特性。

在上一篇有关低频MOSFET的文章中，我们研究了控制MOSFET稳态工作的参数，例如阈值电压，导通状态电阻和最大漏极电流。这些属性与所有应用相关，并且，如果您正在设计低频系统，则它们涵盖了选择合适设备所需的大多数信息。

但是，如今，即使在模拟应用中，采用MOSFET作为由相对高频（通常是脉宽调制）的数字信号控制的开关也是非常普遍的。最好的例子是D类放大器。

尽管输入信号是模拟信号，而输出信号是模拟信号，但是使用从完全导通到完全截止的晶体管可以实现放大。开关模式控制比线性控制要有效得多，这使它成为一个有吸引力的选择，即使最终的电路更复杂且最终的信号受到开关噪声的负面影响。

暂态最大值

在上一篇文章中，我们讨论了最大连续漏极电流。此参数具有对应的瞬态事件规范。

最大瞬态漏极电流称为“脉冲漏极电流”或“峰值漏极电流”。这里涉及一些变量（脉冲宽度，占空比，环境温度），因此该规范不是非常有用。但是，它的确可以使您大致了解设备可以承受的短期电流，在某些情况下，这比稳态极限更为重要（我正在考虑在大电流条件下的应用与直通，浪涌或低占空比PWM相关）。

与在瞬态事件的情况下避免损坏有关的另一个参数是漏极-源极雪崩能量。该规范以焦耳为单位给出，但与超过MOSFET的漏源击穿电压的电压有关。这个问题有点复杂，当然不在本文的讨论范围之内。如果您想了解有关雪崩特性的更多信息，我建议您从英飞凌获取此应用笔记。

该图取自上述英飞凌应用笔记。

电容值

FET的动态参数中最突出的是输入电容，输出电容和反向传输电容。这些与典型的（更直观地称为）MOSFET电容密切相关，这些电容称为栅极-漏极电容（CGD），栅极-源极电容（C GS）和漏极-源极电容（C DS）。

输入电容（C ISS）是输入信号即C GD加C GS所看到的电容。

输出电容（C OSS）是输出信号看到的电容；在分立FET的情况下，输出端子为漏极，因此C OSS = C GD + C DS。

反向传输电容（C RSS）是漏极和栅极之间的电容，即C RSS = C GD。

输入电容（与驱动器电路的电阻一起）会影响开关特性，因为更多的输入电容意味着更多的导通和关断延迟。当驱动FET导通时，必须为该电容充电，而要关闭器件时，则必须对其放电。

在考虑功耗和开关电路的谐振频率时，输出电容会发挥作用。

反向传输电容会影响导通和关断时间（这并不奇怪，因为它是输入电容的一部分），但请注意，它形成了一个反馈环路（因为漏极被视为输出，而栅极被视为输入）。反馈路径中的电容器会受到米勒效应的影响，因此，C RSS影响瞬态响应的程度大于我们根据标称电容值的预期。

栅极电荷

事实证明，MOSFET输入电容并不是评估器件开关特性的最可靠方法，因为电容值受电压和电流条件的影响。下图让您了解了三个电容值如何根据漏极-源极电压的变化而变化。

摘自NXP / Nexperia发布的此应用笔记。

该应用笔记还提到了“器件尺寸和跨导”，这些因素使得难以将电容用作选择一个MOSFET而不是另一个MOSFET的基础。最好使用栅极电荷规格；例如：

规格取自此Vishay数据表。

栅极电荷显然是评估开关特性的更直接的方法。电荷等于电流乘以时间，因此，如果您知道驱动栅极的器件的输出电流并且知道FET的栅极电荷规格，则可以计算出打开器件所需的时间。

开关时间

如果您确实想避免所有计算和理论上的细节，则可以仅将零件搜索限制在数据手册中给出开关时间的FET上。查找标有“开启时间”（或“关闭时间”），“上升时间”（或“下降时间”）和“延迟时间”的规格。

这种方法当然很简单，但通常情况下，最简单的解决方案并不是最可靠的解决方案。这些“预煮”的开关规格基于特定条件（也许最重要的是栅极驱动电路的电阻），可能与您的预期条件或不同数据手册中使用的条件不一致。上面提到的NXP / Nexperia应用笔记说，在比较一个制造商的开关时间规格与另一制造商的开关时间规格时，“需要格外小心”。

结论

MOSFET的动态行为并不是特别简单，但是我希望本文能够提供足够的信息，以帮助您更全面地评估不同器件的动态行为。如果您有任何经验可以分享有关分立FET的实际瞬态行为，请随时在评论中分享您的想法。

原文标题：选择合适的MOSFET：了解动态MOSFET参数

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责任编辑：haq