之前VBsemi发表过一篇《为什么开关电源几乎选增强型NMOS作为开关?》提到了实际应用中我们经常使用的是增强型的MOSFET。
那常常被忽略的耗尽型呢?就没有其它作用了吗?
我们先来了解耗尽型有什么不同。
功率MOSFET分为耗尽型(DM)和增强型(EM)两种,两者主要在于导电沟道的区别,两者的控制方式不同。
耗尽型MOS管的G端在不施加电压时就会有导电沟道的存在,增强型MOS管则相反,只有在开启后,才会出现导电沟道,它的Vgs必须大于栅极阈值电压才行。
耗尽型MOS管的Vgs(栅极电压)则可以正、零、负电压控制导通。若要使漏极和源极不导通,则需要在栅极处施加一定的负电压,通常会把耗尽型MOSFET理解成一种“常闭开关”。
应用区别与增强型MOS管不同,耗尽型MOS并不用于高频应用。
除了线性的MOSFET以外,增强型器件并不能工作在线性型,然而,耗尽型器件却具有扩展的FBSOA(正向偏置 安全工作去),因此能够工作在线性型下。
耗尽型MOSFET产品一般可以应用在传统的启动电路、线性电压调节器的浪涌保护、恒流源、高压斜坡信号发生器、固态继电器等应用中。
我们拿传统的启动电路和线性电压调节器,两者来简单说明:
传统的电阻式启动电路
传统的启动电路多采用功率电阻直接给PWM控制IC供电,但是在电源启动后,电阻会持续消耗功率,造成大量的损耗。我们上面提到了耗尽型MOSFEY属于常闭器件,因此在待机零功耗的要求下,耗尽型MOSFET成为了不二之选。
传统电阻式启动电路
当栅-源电源Vgs=0V时,器件沟道自然开通,电路启动后,通过耗尽型MOS管给PWM控制IC供电,电流再经过耗尽型MOS给C1充电,C1电压持续上升,直至PWM IC开始进行工作。
之后,再由附加绕组给PWM控制IC供电,此时通过ASU端口将耗尽型MOS的栅极下拉至低电平,耗尽型MOS的栅-源极电压Vgs大于其关断电压Vgs(off),随后耗尽型MOS关断,之后电路再无电流经过,不再产生功率损耗。
2.线性电压调节器的浪涌保护
线性电压调节器为小型模拟电路,CMOS IC 或其他任何需要低电流的负载提供电源,其输入电压Vin直接来自母线电压。这可能会出现很大的电压变化,包括由于应用环境造成的电压尖峰。
耗尽型MOSFET在线性电压调节器电路中实施浪涌保护,它采用源极跟随器配置连接,而源极上的电压将跟随栅极上的电压变化。耗尽型MOSFET的导通仅仅取决于栅极电压,与漏极电压无关。
这种配置一般是为了减少电压瞬变,直到达到器件额定电压Vds的耐受能力。这是基于耗尽型MOSFET具有宽泛的直流工作电压范围Vin,以及能够借助低静态电流去实现最小功耗。
这样的保护功能能够用于通信应用,以减少浪涌造成的瞬变影响,也可用于汽车或者航空电子应用,减少由电感负载引起的瞬变。
不过,耗尽型分N沟道和P沟道,在制造NMOS在SiO2绝缘层处掺有大量的Na+或者K+正离子,在制造PMOS里掺入了负离子,当Vgs=0时,正离子产生的电场可以在P型衬底中感应出足够的电子,然后形成N型的导电沟道。
当Vgs>0时,将产生较大的ID(漏极电流);当Vgs<0时,它将削弱离子所形成的电场,使N沟道变窄,ID电流减少。
这使得在实际应用使用耗尽型MOS管时,当设备开机时可能会误触发MOS管,导致整机失效,不易被控制,这也就是为什么耗尽型MOSFET其应用极少的原因。