在開關(guān)電源電路中,大功率MOS管和大功率晶體三極管相比MOS管的優(yōu)點
輸入阻抗高,驅(qū)動功率小——由于柵源之間是二氧化硅(SiO2)絕緣層,柵源之間的直流電阻基本上就是SiO2絕緣電阻,一般達100MΩ左右,交流輸入阻抗基本上就是輸入電容的容抗。由于輸入阻抗高,對激勵信號不會產(chǎn)生壓降,有電壓就可以驅(qū)動,所以驅(qū)動功率極小(靈敏度高)。一般的晶體三極管必需有基極電壓Vb,再產(chǎn)生基極電流Ib,才能驅(qū)動集電極電流的產(chǎn)生。晶體三極管的驅(qū)動是需要功率的(Vb×Ib)。
2) 開關(guān)速度快——MOSFET的開關(guān)速度和輸入的容性特性的有很大關(guān)系,由于輸入容性特性的存在,使開關(guān)的速度變慢,但是在作為開關(guān)運用時,可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻,加快開關(guān)速度(輸入采用了后述的“灌流電路”驅(qū)動,加快了容性的充放電的時間)。MOSFET只靠多子導(dǎo)電,不存在少子儲存效應(yīng),因而關(guān)斷過程非常迅速,開關(guān)時間在10—100ns之間,工作頻率可達100kHz以上,普通的晶體三極管由于少數(shù)載流子的存儲效應(yīng),使開關(guān)總有滯后現(xiàn)象,影響開關(guān)速度的提高(目前采用MOS管的開關(guān)電源其工作頻率可以輕易的做到100K/S~150K/S,這對于普通的大功率晶體三極管來說是難以想象的)。
3) 無二次擊穿——由于普通的功率晶體三極管具有當(dāng)溫度上升就會導(dǎo)致集電極電流上升(正的溫度~電流特性)的現(xiàn)象,而集電極電流的上升又會導(dǎo)致溫度進一步的上升,溫度進一步的上升,更進一步的導(dǎo)致集電極電流的上升這一惡性循環(huán)。而晶體三極管的耐壓VCEO隨管溫度升高是逐步下降,這就形成了管溫繼續(xù)上升、耐壓繼續(xù)下降最終導(dǎo)致晶體三極管的擊穿,這是一種導(dǎo)致電視機開關(guān)電源管和行輸出管損壞率占95%的破環(huán)性的熱電擊穿現(xiàn)象,也稱為二次擊穿現(xiàn)象。MOS管具有和普通晶體三極管相反的溫度~電流特性,即當(dāng)管溫度(或環(huán)境溫度)上升時,溝道電流IDS反而下降。例如;一只IDS=10A的MOS FET開關(guān)管,當(dāng)VGS控制電壓不變時,在250C溫度下IDS=3A,當(dāng)芯片溫度升高為1000C時,IDS降低到2A,這種因溫度上升而導(dǎo)致溝道電流IDS下降的負溫度電流特性,使之不會產(chǎn)生惡性循環(huán)而熱擊穿。也就是MOS管沒有二次擊穿現(xiàn)象,可見采用MOS管作為開關(guān)管,其開關(guān)管的損壞率大幅度的降低,近兩年電視機開關(guān)電源采用MOS管代替過去的普通晶體三極管后,開關(guān)管損壞率大大降低也是一個極好的證明。
4) MOS管導(dǎo)通后其導(dǎo)通特性呈純阻性——普通晶體三極管在飽和導(dǎo)通是,幾乎是直通,有一個極低的壓降,稱為飽和壓降,既然有一個壓降,那么也就是;普通晶體三極管在飽和導(dǎo)通后等效是一個阻值極小的電阻,但是這個等效的電阻是一個非線性的電阻(電阻上的電壓和流過的電流不能符合歐姆定律),而MOS管作為開關(guān)管應(yīng)用,在飽和導(dǎo)通后也存在一個阻值極小的電阻,但是這個電阻等效一個線性電阻,其電阻的阻值和兩端的電壓降和流過的電流符合歐姆定律的關(guān)系,電流大壓降就大,電流小壓降就小,導(dǎo)通后既然等效是一個線性元件,線性元件就可以并聯(lián)應(yīng)用,當(dāng)這樣兩個電阻并聯(lián)在一起,就有一個自動電流平衡的作用,所以MOS管在一個管子功率不夠的時候,可以多管并聯(lián)應(yīng)用,且不必另外增加平衡措施(非線性器件是不能直接并聯(lián)應(yīng)用的)。
MOS管和普通的晶體三極管相比,有以上四項優(yōu)點,就足以使MOS管在開關(guān)運用狀態(tài)下完全取代普通的晶體三極管。目前的技術(shù)MOS管道VDS能做到1000V,只能作為開關(guān)電源的開關(guān)管應(yīng)用,隨著制造工藝的不斷進步,VDS的不斷提高,取代顯像管電視機的行輸出管也是近期能實現(xiàn)的