要了解功率MOSFET及其驅(qū)動電路，首先了解一下MOSFET的構(gòu)造和工作原理是很有用的。功率MOSFET與其他MOSFET一樣，基本上是一種電壓控制器件，即柵源電壓控制漏極電流。

下圖顯示了兩個全功率MOSFET符號，其中包括寄生二極管，寄生二極管是MOSFET結(jié)構(gòu)的固有部分。該二極管通常不包括在原理圖中，而是使用基本的MOSFET符號。

普通MOSFET中源極和漏極之間的傳導(dǎo)發(fā)生在柵極下方的窄溝道區(qū)域。術(shù)語橫向MOSFET用于描述標(biāo)準(zhǔn)低功率MOSFET的這種結(jié)構(gòu)，因為電流完全流過水平面。

N溝道MOSFET的基本工作原理如下。如果我們施加零、低或負(fù)柵源電壓，則器件關(guān)閉，因為N-P-N區(qū)域充當(dāng)兩個背靠背二極管。因此，只有非常小的漏電流可以從漏極流向源極（反之亦然）。在這里，N和P指的是用于“摻雜”純硅以產(chǎn)生有趣的半導(dǎo)體行為的化學(xué)物質(zhì)類型。

N型硅比純硅有更多的電子自由參與傳導(dǎo)。P型的電子較少，但這些間隙可以看作是移動的“空穴”，其作用類似于N區(qū)域中帶正電的電子。

因此P型和N型硅都在一定程度上導(dǎo)電。將N區(qū)放在P區(qū)旁邊會創(chuàng)建一個PN結(jié)，也稱為二極管結(jié)，電流通常只沿一個方向流動。

如果我們施加正柵源電壓，該柵極電壓的靜電吸引力會將（帶負(fù)電）電子從附近的硅拉到柵極下方的P型區(qū)域。如果有足夠的電子在這里積累，最終會有過量的電子，所以柵極下方的區(qū)域?qū)⒈憩F(xiàn)得好像它是N型硅。

此時將創(chuàng)建一個連接N型漏極和源極區(qū)域的N型通道，因此我們有一條從源極到漏極的NN-N路徑，而不是前面描述的N-P-N背靠背二極管。 現(xiàn)在可以從源極到漏極進(jìn)行傳導(dǎo)。晶體管導(dǎo)通，發(fā)生這種情況的柵源電壓稱為閾值電壓。

功率場效應(yīng)管物理結(jié)構(gòu)

上圖所示的MOSFET器件的物理結(jié)構(gòu)方法不能輕易擴(kuò)展到生產(chǎn)高功率器件 - 導(dǎo)電區(qū)域的橫截面積根本無法做得足夠大（使導(dǎo)通電阻，RDS導(dǎo)通，小），而不使用不合理的大面積硅。

此外，由于非常大的柵極面積的高電容，較大的柵極面積會使這種器件非常慢。基本功率MOSFET的結(jié)構(gòu)如下圖所示。溝道在柵極下方仍然是水平的，但它比傳統(tǒng)的MOSFET短得多，并且溝道和漏極之間的電流是垂直的。

短通道意味著低導(dǎo)通電阻，這是功率器件所需的特性。實際功率MOSFET的實際結(jié)構(gòu)比圖中所示的要復(fù)雜（并且使用了各種其他結(jié)構(gòu)，包括“溝槽”）。

功率MOSFET的垂直特性意味著它們可以很容易地重復(fù)并聯(lián)連接，以提高電流處理能力。一些功率器件具有超過 20，000 個并聯(lián)晶體管單元。MOSFET可以愉快地并行工作，因為它們不像雙極晶體管那樣受到電流占用和熱失控的影響。

功率場效應(yīng)管器件類型

功率MOSFET的器件結(jié)構(gòu)和并行布局計劃多種多樣，催生了各種商業(yè)品牌，如DMOS、VMOS、TMOS、HEXFET、TrenchFET和PowerTrench。功率MOSFET市場可能可分為處理非常高電壓和電流的“重載”區(qū)域，以及低電壓和中等電流的“高效率”區(qū)域，其中設(shè)備通常針對筆記本電腦等便攜式系統(tǒng)中的開關(guān)模式電源等應(yīng)用。

對于重載應(yīng)用，MOSFET 可提供能夠處理 1000V 漏源電壓或超過 150A 漏源電流的 MOSFET。在選擇使用器件方面，首先要了解功率MOSFET的各種名稱與各公司對其技術(shù)的推廣有關(guān)，并且所有器件基本上都是功率MOSFET。

確定您的關(guān)鍵需求高效率、高速、高電壓、高電流等，然后選擇為此優(yōu)化的設(shè)備，以滿足您在電壓、電流、功率和速度方面的所有其他要求。制造商的網(wǎng)站通常具有“產(chǎn)品選擇”系統(tǒng)，允許您輸入或設(shè)置所需的規(guī)格;然后，您將獲得與之匹配的設(shè)備列表。選擇可能的器件后，請仔細(xì)查看數(shù)據(jù)表，該數(shù)據(jù)表通常以PDF下載的形式提供。

功率場效應(yīng)管驅(qū)動器

現(xiàn)在我們已經(jīng)介紹了MOSFET，讓我們看一下驅(qū)動器。術(shù)語MOSFET驅(qū)動器通常是指MOSFET的開關(guān)控制，通過在0V和遠(yuǎn)高于閾值的電壓之間切換柵源電壓，在MOSFET之間切換完全導(dǎo)通和完全關(guān)斷。使用遠(yuǎn)高于閾值的電壓可確保飽和操作，從而將器件兩端的導(dǎo)通電阻 （RDSon） 壓降和功耗降至最低。

我們可以認(rèn)為器件處于關(guān)斷狀態(tài)（功耗很少或沒有功耗）或?qū)顟B(tài)（功耗取決于RDSon和漏極源電流）。當(dāng)然，在音頻功率放大器等電路中，MOSFET由連續(xù)柵極電壓驅(qū)動，而不是開關(guān)。

通常，在這些電路中，MOSFET將嵌入偏置和反饋電路中，而不是從驅(qū)動器到柵極的簡單正向連接。我們這里對驅(qū)動器的討論僅限于開關(guān)電路。為了使功率MOSFET快速有效地切換，必須有足夠的電流來快速充電或放電器件的柵極電容。

驅(qū)動器電路的源電阻和器件內(nèi)部和外部的接線電阻導(dǎo)致柵極電壓遵循RC充電曲線，因此MOSFET將在完全導(dǎo)通和完全關(guān)斷之間花費一些時間。在此期間，器件可能會消耗大量功率，這個問題稱為開關(guān)損耗。因此，驅(qū)動電路必須能夠提供足夠的瞬態(tài)電流，以所需的速率為柵極電容充電。

在某些情況下，這種電流可能相當(dāng)大，特別是對于大型超高功率器件，或者使用并聯(lián)MOSFET的器件。MOSFET柵極的有效電容以及所需的驅(qū)動電流因米勒效應(yīng)而增加。當(dāng)連接電容器以在放大器中產(chǎn)生負(fù)反饋（在本例中為柵極漏極電容）時，就會發(fā)生米勒效應(yīng)。

電容乘以與放大器增益相關(guān)的系數(shù)，得到有效電容。功率MOSFET柵極在開關(guān)期間的動態(tài)電容很復(fù)雜，并且難以分析。基本上，所有這些都意味著驅(qū)動?xùn)艠O可能比最初看起來更難，因此需要良好的驅(qū)動器電路。

功率場效應(yīng)管源電流

許多低功耗電路輸出，例如邏輯門和微控制器的輸出，根本無法提供足夠的電流來正確驅(qū)動功率MOSFET的柵極。因此，功率MOSFET驅(qū)動器是一種功率放大器，它接受來自微控制器（例如PIC）或其他電路的低功耗輸入，并向MOSFET提供所需的高電流柵極驅(qū)動。

柵極驅(qū)動器可以作為專用IC、分立晶體管或變壓器實現(xiàn)。電路可能相當(dāng)復(fù)雜，特別是對于高邊驅(qū)動器（見下文）和橋接，因此使用專用IC可以節(jié)省大量精力。起初，驅(qū)動器的復(fù)雜性似乎沒有必要，但是在切換非常大的電流或高電壓的設(shè)備控制中看似很小的缺陷可能會產(chǎn)生重大后果。

功率MOSFET閾值電壓通常為4V，但為了完全開啟其中許多器件以在其全額定電流下使用，可能需要10V或更高的驅(qū)動電壓。在某些情況下，驅(qū)動器電路會將控制電路（3V邏輯）中的電壓電平轉(zhuǎn)換為柵極（10V）所需的電壓電平，并提供高電流驅(qū)動-電平轉(zhuǎn)換器。

除了太慢之外，功率MOSFET電路也有可能開關(guān)太快，或者更準(zhǔn)確地說，電路中的電壓或電流變化太快。與較慢的開關(guān)相比，非常快的電流和電壓變化會損壞設(shè)備并導(dǎo)致更多的干擾輻射。為了獲得正確的開關(guān)行為，可能需要仔細(xì)設(shè)計驅(qū)動器電路，特別是在高速和超高功率應(yīng)用中。