MOSFET（金屬氧化物半導體場效應電晶體，俗稱MOS管）在控制器電路中扮演重要角色，其工作狀態包括：

· 開通過程（由截止到導通的過渡）： 閘極電壓逐漸升高，MOS管開始導通。

· 導通狀態： 閘極電壓維持在高位，源極和汲極之間形成導電通路。

· 關斷過程（由導通到截止的過渡）： 閘極電壓逐漸降低，MOS管停止導通。

· 截止狀態： 閘極電壓維持在低位，源極和汲極之間沒有導電通路。

MOS管損耗，鑊從何嚟？

MOS管嘅主要損耗都對應住以上幾個狀態：

· 開關損耗： 喺開通同關斷嘅過渡過程產生嘅損耗，往往大於導通損耗。

· 導通損耗： 喺導通狀態下，由於MOS管嘅內阻而產生嘅損耗。

· 截止損耗： 漏電流引起嘅損耗，通常可以忽略不計。

· 雪崩能量損耗： 喺特定情況下產生嘅損耗。

只要將以上損耗控制喺MOS管嘅承受規格之內，MOS管就可以正常運作。如果超出承受範圍，就會發生損壞。

MOS管點解咁易燒？

MOS管損壞嘅主要原因包括：

· 過流： 持續大電流或瞬間超大電流引起嘅結溫過高而燒毀。

· 過壓： 源汲極過壓擊穿、源閘極過壓擊穿。

· 靜電： 靜電擊穿，CMOS電路都怕靜電。

MOS管開關原理 (簡要)：

MOS管係電壓驅動型器件，只要喺閘極同源極之間加一個適當嘅電壓，源極同汲極之間嘅通路就會形成。呢個電流通路嘅電阻被稱為MOS管內阻，即導通電阻 。呢個內阻嘅大小基本決定咗MOS管晶片能夠承受嘅最大導通電流 (當然同其他因素有關，最有關嘅係熱阻)，內阻越細承受電流越大 (因為發熱細)。

米勒效應：MOS管開關嘅絆腳石

MOS管嘅問題遠唔止咁簡單，麻煩在於閘極同源極之間、源極同汲極之間、閘極同汲極之間，內部都有等效電容。所以俾閘極電壓嘅過程就係俾電容充電嘅過程 (電容電壓唔可以突變)，所以MOS管源極同汲極之間由截止到導通嘅開通過程受閘極電容嘅充電過程制約。

然而，呢三個等效電容係構成串並聯組合關係，佢哋互相影響，並唔係獨立嘅。

其中一個關鍵電容就係閘極同汲極之間嘅電容Cgd，呢個電容業界稱為米勒電容。呢個電容唔係恆定嘅，隨閘極同汲極之間嘅電壓變化而迅速變化。呢個米勒電容係閘極同源極電容充電嘅絆腳石，因為閘極俾閘源電容Cgs充電達到一個平台後，閘極嘅充電電流必須俾米勒電容Cgd充電。呢時閘極同源極之間嘅電壓唔再升高，達到一個平台，呢個係米勒平台 (米勒平台就係俾Cgd充電嘅過程)，米勒平台大家首先想到嘅麻煩就係米勒震盪。（即，閘極先俾Cgs充電，到達一定平台後再俾Cgd充電）。

因為呢個時候源極同汲極之間嘅電壓迅速變化，內部電容相應迅速充放電，呢啲電流脈衝會導致MOS管寄生電感產生好大感抗。呢裡面就有電容、電感、電阻組成震盪電路 (能形成2個回路)，並且電流脈衝越強頻率越高震盪幅度越大，所以最關鍵嘅問題就係呢個米勒平台如何過渡。

點樣控制米勒震盪？

· 喺閘極加電容，減慢MOS管導通時間，有助於減小米勒震盪。防止MOS管燒毀。

過快嘅充電會導致激烈嘅米勒震盪，但過慢嘅充電雖然減細咗震盪，但會延長開關從而增加開關損耗。MOS管開通過程源極同汲極之間嘅等效電阻相當於從無窮大電阻到阻值好細嘅導通內阻 (導通內阻一般低壓MOS管只有幾毫歐姆) 嘅一個轉變過程。

功率損耗點計？

例如一個MOS管最大電流100A，電池電壓96V，喺開通過程中，有咁一瞬間 (啱啱進入米勒平台時) MOS管發熱功率係P=VI (此時電流已達最大，負載尚未跑起來，所有嘅功率都降落喺MOS管上)，P=96100=9600W！呢時佢發熱功率最大，然後發熱功率迅速降低直到完全導通時功率變成1001000.003=30W (呢度假設呢個MOS管導通內阻3毫歐姆)，開關過程中呢個發熱功率變化係驚人嘅。

如果開通時間慢，意味住發熱從9600W到30W過渡得慢，MOS管結溫會升高得厲害。所以開關越慢，結溫越高，容易燒MOS管。為咗唔燒MOS管，只能降低MOS管限流或者降低電池電壓。例如俾佢限制50A或電壓降低一半成48V，咁樣開關發熱損耗都降低咗一半，唔燒管子了。

呢亦都係高壓控容易燒管子原因，高壓控制器同低壓嘅只有開關損耗唔一樣 (開關損耗同電池端電壓基本成正比，假設限流一樣)，導通損耗完全受MOS管內阻決定，同電池電壓冇任何關係。

其實成個MOS管開通過程非常複雜。裡面變數太多。總之就係開關慢唔容易米勒震盪，但開關損耗大，管子發熱大，開關速度快理論上開關損耗低 (只要能有效抑制米勒震盪)。但係往往米勒震盪好厲害 (如果米勒震盪好嚴重，可能喺米勒平台就燒管子了)，反而開關損耗都大，並且上臂MOS管震盪更有可能引起下臂MOS管誤導通，形成上下臂短路。

所以呢個好考驗設計師嘅驅動電路佈線同主迴路佈線技能。最終就係搵個平衡點 (一般開通過程唔超過1us)。開通損耗呢個最簡單，只同導通電阻成正比，想大電流低損耗搵內阻低嘅。

MOS管點揀？ 重要參數簡要說明

以datasheet舉例說明：

· 閘極電何；Qgs, Qgd：

o Qgs：指嘅係閘極從0V充電到對應電流米勒平台時總充入電何 (實際電流唔同，呢個平台高度唔同，電流越大，平台越高，呢個值越大)。呢個階段係俾Cgs充電 (亦相當於Ciss，輸入電容)。

o Qgd：指嘅係成個米勒平台嘅總充電電何 (喺呢度稱為米勒電荷)。呢個過程俾Cgd (Crss，呢個電容隨著gd電壓唔同迅速變化) 充電。

下面係型號stp75nf75：

我哋普通75管Qgs係27nc，Qgd係47nc。結合佢嘅充電曲線。

進入平台前俾Cgs充電，總電何Qgs 27nc，平台米勒電荷Qgd 47nc。

而在開關過衝中，MOS管主要發熱區間係粗紅色標注嘅階段。從Vgs開始超過閾值電壓，到米勒平台結束係主要發熱區間。其中米勒平台結束後MOS管基本完全打開呢時損耗係基本導通損耗 (MOS管內阻越低損耗越低)。

閾值電壓前，MOS管冇打開，幾乎冇損耗 (只有漏電流引起嘅一點損耗)。其中又以紅色拐彎地方損耗最大 (Qgs充電將近結束，快到米勒平台和剛進入米勒平台呢個過程發熱功率最大 (更粗線表示)。

所以一定充電電流下，紅色標註區間總電何細嘅管子會很快度過，咁樣發熱區間時間就短，總發熱量就低。所以理論上選擇Qgs和Qgd細嘅MOS管能快速度過開關區。

· 導通內阻：Rds（on）： 呢個耐壓一定情況下係越低越好。不過唔同廠家標嘅內阻係有唔同測試條件嘅。測試條件唔同，內阻測量值會唔一樣。同一管子，溫度越高內阻越大 (呢係矽半導體材料在MOS管製造工藝嘅特性，改變唔了，能稍改善)。所以大電流測試內阻會增大 (大電流下結溫會顯著升高)，小電流或脈衝電流測試，內阻降低 (因為結溫冇大幅升高，冇熱積累)。

有嘅管子標稱典型內阻和你自己用小電流測試幾乎一樣，而有嘅管子自己小電流測試比標稱典型內阻低好多 (因為佢嘅測試標準係大電流)。當然呢度也有廠家標註唔嚴格問題，需要仔細甄別。

所以選擇標準係————搵Qgs和Qgd細嘅MOS管，並同時符合低內阻嘅MOS管。