MOS基本原理及驱动技术.ppt

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1、MOS结构以及驱动技术1MOS场效应管基本知识2基本数学方程3LC暂态过程4MOS数学模型N型半导体多余电子磷原子硅原子多数载流子——自由电子少数载流子——空穴++++++++++++N型半导体施主离子自由电子电子空穴对一、MOS场效应管基本知识在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴硼原子硅原子多数载流子——空穴少数载流子——自由电子－－－－－－－－－－－－P型半导体受主离子空穴电子空穴对P型半导体MOS场效应管BJT是一种电流控制元件(iB~iC)，工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。增强型耗尽型N沟道P沟

2、道N沟道P沟道N沟道P沟道FET分类：绝缘栅场效应管结型场效应管场效应管（FieldEffectTransistor简称FET）是一种电压控制器件(uGS~iD)，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。绝缘栅场效应三极管金属氧化物半导体场效应管(MetalOxideSemiconductorFET)，简称MOSFET。分为：增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道1.N沟道增强型MOS管（1）结构4个电极：漏极D，源极S，栅极G和衬底B。符号：当uG

3、S＞0V时→纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向下排斥→耗尽层。（2）工作原理当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。再增加uGS→纵向电场↑→将P区少子电子聚集到P区表面→形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。①栅源电压uGS的控制作用2.N沟道耗尽型MOSFET特点：当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。当uGS＞0时，沟道增宽，iD进一步增加。当uGS＜0时，沟道变窄，iD减小。在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子

4、已经感应出反型层，形成了沟道。定义：夹断电压（UP）——沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。3.场效应管的主要参数(1)开启电压UTUT是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。（2）夹断电压UPUP是MOS耗尽型和结型FET的参数，当uGS=UP时,漏极电流为零。（3）饱和漏极电流IDSSMOS耗尽型和结型FET,当uGS=0时所对应的漏极电流。（4）输入电阻RGS结型场效应管，RGS大于107Ω，MOS场效应管,RGS可达109～1015Ω。（5）低频跨导gmgm反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是mS(毫西门子

5、)。（6）最大漏极功耗PDMPDM=UDSID，与双极型三极管的PCM相当。等效电路OFF，截止状态ON，导通状态小信号模型分析法在开关电源设计中，用高频模型分析二、基本数学方程很伟大的一个公式！！基本的高数公式，一阶其次方程求解。带入初始条件，确定K值。二阶电路中有二个动态元件,描述电路的方程是二阶线性微分方程。一般LC电路就可以使用该方程求解。电路中有多个动态元件，描述电路的方程是高阶微分方程。三、R、L、C暂态过程1.RC电路的零输入响应iS(t=0)+–uRC+–uCR已知uC(0－)=U0uR=Ri2.RC电路的零状态响应iS(t=0)

6、US+–uRC+–uCRuC(0－)=0+–解答形式为：特解（强制分量）的特解通解（暂态分量）的通解3.RL电路的零输入响应iLS(t=0)USL+–uLRR1+-基本关系4.RL电路的零状态响应iLS(t=0)US+–uRL+–uLR+—三要素法分析一阶电路5.二阶电路的响应零输入响应：初始状态电容上有电压，放电过程。零状态响应：初始状态电容上无电压，充电过程。初始：uC(0+)=U0i(0+)=0以电容电压为变量：电路方程：以电感电流为变量：RLC+-iuc特征方程：零输入响应：初始状态电容上有电压，放电过程。零状态响应的三种情况过阻尼临界阻

7、尼欠阻尼特征根：U0uctm2tmuLicuc的解答形式：经常写为：共轭复根δωω0ω，ω０，δ的关系t-2-20U0uCiC零状态响应：初始状态电容上无电压，充电过程。uC(0－)=0,iL(0－)=0微分方程为：通解特解特解:特征方程为:RLC+-uCiLUS(t)+-tuCUS0四、MOS数学模型MOS等效驱动电路模型：相当于一个二阶响应电路。L为PCB走线电感，根据他人经验其值为直走线1nH/mm，考虑其他走线因素，取L=Length+10（nH），其中Length单位取mm。Rg为栅极驱动电阻，设驱动信号为12V峰值的

8、方波。Cgs为MOSFET栅源极电容，不同的管子及不同的驱动电压时会不一样，这儿取1nF。VL+VRg+VCgs=12V令驱动电流得到关