开关电源小课堂（2）—— MOSFET

      上篇聊了聊电源电路里用到的电感和电容，还有另外两个东西就是MOS管和二极管对电源电路也比较重要，这次来说道说道。先是MOS管，我们都知道MOS管有NMOS和PMOS。PMOS管我们在一些负载开关电路里面见的比较多，还有电路总电源输入级的开关控制一般也都是用的PMOS管，像下面这样，这熟悉的形态。而NMOS管则在开关电源以及信号开关上用的比较多。

       这里以一个NMOS做个例子来看看MOS管的datasheet，选的TI的CSD18540Q5B这颗60V的NMOS管，下面是它手册第一页的一个数据表，简单的5个项目就概括了这个MOS管最重要的参数。

        其实不光是MOS管啊，其他各种类型的器件，它datasheet的第一页通常都是蕴含着它最关键的参数，只不过不同类型器件，所关注的参数不同而已。真是非常重要的第一页。

        1. Vds

        这个值直接决定这个MOS管能不能用在你要的应用场景之下，就好比你给12V电压选一颗电容，你肯定第一眼就去看耐压大于12V的电容，或者保守一点，直接选耐压25V的电容一样。Vds就是这个MOS管的耐压。

        2. Vgs(th)

        这个估计不少同学也都知道它是想让这个MOS管打开，所需要提供给G级的一个阈值电压。与这个参数相关的其实还有两个参数也很重要，只是上图的表格里没写而已，在其他地方写了（如下图的absolute maximun ratings），那就是Vgs的范围以及Id电流的大小。这个Vgs的阈值也许你不会忘记，但是Vgs的范围，有时候经常被忘记，以至于实际使用的时候Vgs超过了MOS管允许的范围。

        3. Id

        这个MOS管能够通过的最大电流，当然如果用在电源电路上，这个参数也是很重要的，并且要留一定的余量，最好最大只使用Id最大电流的2/3，如果你对你电路板的散热设计不是很有信心的话。另外Id的值根据不同的Vgs也会有一点变化。

       4. Rds(on)

       再回到第一个图上的导通电阻Rds(on)，这个参数直接决定MOS管的导通损耗。MOS管导通就相当于一个电阻，而只要一个电阻通过电流就会发热（I2R 太简单了），而这个Rds(on)就是这个等效电阻，当然是越小越好。另外这个Rds(on)的大小也跟Vgs有关联，所以不要问为啥Vgs不只控制在比Vgs(th)大一点点不就行了吗？

       5. Qg和Qgd

       最后这两个电荷量也许有不少人就不太清楚了。如下图标了下这两个参数的位置。开启MOS管的过程就是外部驱动源往G级输送电流给管子的电容充电的过程。

       MOS管子可不是你想打开瞬间就可以打开的，因为MOS管内部级间电容的存在（如下图MOS管模型），外部驱动源驱动电流给电容充电，然后G级电压慢慢升高，当到达Vgs(th)之后管子才会初步打开。如果驱动的电流越大，意味着电容上电压上升的也越快（还记得那个电容电压电流的公式吧，见上一篇）。当上升到一定程度之后，会遇到一个平台，如上图。叫做米勒平台，之后Vgs才会继续上升。好了因为有这个"缓慢"的充电过程的存在，尤其是还有这个一个等待的平台期，MOS管又多了一种损耗叫做开关损耗。

       总体来说就是因为MOS管在开和关的过程中不能瞬间完成，导致比如从打开到闭合的时候，Vds降到0和Id电流上升之间有一个交叉区域，其VI面积就是这个开关损耗。如下图。

       最后简单说下二极管，其实二极管很简单，只提一下它的反向恢复问题，如下图，当二极管正向导通，然后瞬间施加反向电压的时候，其电流并不会瞬间变为0，而是有一个反向的恢复电流Irr的存在，可以理解为某一瞬间二极管反向导通了，当然只经过一小段时间慢慢变回0，这就是二极管的反向恢复。MOS管内部都有体二极管，而这个反向恢复现象也会成为MOS管损耗的一部分。当然二极管只要正向导通它也就会产生损耗，总之二极管这个东西正着反着感觉都跟损耗脱不了干系，用电池供电的电路一定要慎用啊。

转载自公众号：电子工程师那些事儿