MOSFET作为开关的应用

一、MOSFET作为开关的基本概念

 

金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）是实现电路中开关功能的理想选择。作为一种电压控制的晶体管，MOSFET具有良好的热稳定性和快速开关能力。在截止区和饱和区，MOSFET表现得就像一个开关。

 

 

 

二、使用MOSFET作为开关的场景

 

- 亏耗型MOSFET的局限性：亏耗型MOSFET是一种“常开”设备，其转移特性图显示了Y轴上的漏电流ID与X轴上的栅源电压VGS之间的关系。由于即使在负VGS下也可导通，这种器件不适合作为开关使用。

 

- 增强型MOSFET的适用性：增强型MOSFET是进行开关操作的理想选择，因为它是一个“常闭”设备，可以被打开。其转移特性图是在Y轴上的漏电流ID与X轴上的栅源电压VGS之间的关系图。

 

三、MOSFET作为开关的工作原理

 

MOSFET开关的操作基于某些主要模式，主要是截止区和饱和区。

MOSFET作为开路：当栅源电压VGS小于阈值电压VT时，也就是VGS < VT，MOSFET处于截止区。由于VGS < VT，不会在通道中形成导电通路，导致无法通过MOSFET进行电流。此时，MOSFET像一个开路一样工作，逻辑上处于“OFF”状态。

 

MOSFET作为短路： 当我们增加栅源电压VGS，使其大于阈值电压VT，此时VGS > VT，那么MOSFET开始导通，并随着湍流电压VDS的增加，漏电流ID线性增加，直到达到饱和点，形成了欧姆区。在该区间之后，即便继续提升漏源电压VDS，漏电流ID也保持恒定，不再发生变化。这个操作区间被称为饱和区，此时MOSFET表现得就像一个短路（关闭的开关）一样，逻辑上处于“ON”状态。

 

对于开关应用来说，MOSFET的设计很大程度上依赖于驱动电路的部署。驱动电路，例如微控制单元（MCU），为MOSFET提供了必要的栅极驱动电压，一般情况下，这个电压会更改MOSFET的工作状态，使其在开路和短路状态间进行快速切换，从而实现开关功能。

 

四、MOSFET作为开关的优势

 

- 相较于机械开关，半导体开关的噪音更小。

- MOSFET比双极型晶体管（BJT）具有更好的热稳定性，因为它们具有正温度系数。

- 功率MOSFET提供纳秒级的切换速度。

- 由于没有移动部件，维护需求低。

- MOSFET的尺寸和重量较小。

- MOSFET开关具有较低的切换损耗。

 

MOSFET作为一种电子开关，主要利用了其在栅源电压控制下的导电能力，通过改变栅源电压 VGS，使得元件在短路（ON）和开路（OFF）状态间转变，从而实现高效的电压控制和电源管理。MOSFET在开关应用中无论是在大小、效率还是性能上，它们都提供了明显的优势。特别是在需要快速、高效和稳定切换的应用中，MOSFET显示出了其不可替代的价值。