在筆記本電腦主板
、LCDTV主板、STB機頂盒等電子係統應用中，內部有不同電壓的多路電源，通常需要采用功率MOSFET作為負載切換開關，控製不同電壓的電源的上電時序；同時還有USB接口，用於輸出5V電(dian)壓(ya)
，這(zhe)些(xie)電(dian)源(yuan)通(tong)常(chang)後(hou)麵(mian)帶(dai)有(you)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)容(rong)，也(ye)需(xu)要(yao)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)
，限(xian)製(zhi)後(hou)麵(mian)電(dian)容(rong)在(zai)上(shang)電(dian)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)充(chong)電(dian)產(chan)生(sheng)的(de)大(da)的(de)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)，以(yi)保(bao)護(hu)後(hou)麵(mian)所(suo)帶(dai)的(de)負(fu)載(zai)芯(xin)片(pian)的(de)安(an)全(quan)，同(tong)時(shi)不(bu)會(hui)導(dao)致(zhi)前(qian)麵(mian)的(de)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)跌(die)落(luo)產(chan)生(sheng)複(fu)位(wei)的(de)問(wen)題(ti)。

 

筆記本電腦主板19V輸入端，有二個背靠背的功率MOSFET，一個用於負載開關作軟起動，限製浪湧電流
，另一個用於防反接。

 

圖1：筆記本電腦電源

 

圖2：筆記本電腦主板輸入電路

 

在通訊係統中，也廣泛使用熱插撥電路，由功率MOSFET組成的熱插撥電路和上述的負載開關的功能類同。在這些應用中，通常在功率MOSFET的柵極和源極或柵極和漏極並聯額外的電容，延長功率MOSFET在線性區的時間
，以限製流湧的電流。從圖7波形可以明顯看到：功率MOSFET完全導通前

，有比較長的一段時間工作於時間線性區。

 

圖3：通信係統機房

 

圖4：通信係統機櫃板卡熱插撥

 

圖5：通信係統機櫃

 

圖6：通信係統板卡電路

 

圖7：通信係統板卡熱插撥波形

 

在電池保持板PCM過流關斷的過程中，從波形可以看到：功率MOSFET同樣也有較長的一段時間工作於線性區。

 

圖8：電池保持板電路

 

圖9：電池保持板關斷波形

 

在一些輸出電壓需要低噪聲的應用，如輸出為12V、24V的(de)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)，通(tong)常(chang)在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)的(de)後(hou)麵(mian)接(jie)線(xian)性(xing)的(de)穩(wen)壓(ya)器(qi)來(lai)降(jiang)低(di)噪(zao)聲(sheng)，由(you)於(yu)成(cheng)本(ben)考(kao)慮(lv)或(huo)找(zhao)不(bu)到(dao)合(he)適(shi)的(de)集(ji)成(cheng)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)調(tiao)節(jie)器(qi)，一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)分(fen)立(li)元(yuan)件(jian)方(fang)案(an)組(zu)成(cheng)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)調(tiao)節(jie)器(qi)，使(shi)用(yong)中(zhong)壓(ya)的(de)功(gong)率(lv)MOSFET作為調整管；在一些風扇或電機調速的應用中，也是采用功率MOSFET作調整管，通過控製VGS的電壓


，來調節漏極的電流，從而控製風扇、電機的轉速。這些應用中
，功率MOSFET完全工作在線性區。

 

然而，在開關電源中
，功率MOSFET工作在完全關斷或完全導通狀態，通過線性區的速度比較快，也就是驅動電壓VGS從閾值電壓VGS(th)開始，到米勒平台結束的這段時間
，比較快，即使如此

，也產生了較大的開關損耗。

 

功率MOSFET工作完全工作在線性區或者長的時間工作在線性區，會產生非常大的功率損耗，產生高的熱應力；同時由於工作電壓高，內部電場大
，容易發生單元熱不平衡而局部失效的問題。功率MOSFET工作於線性區的這些問題，將用多篇文章進行論述
，給出一些設計的參考思路。

 

 

功率MOSFET也有三個工作狀態，在漏極導通特性曲線上
，對應的是三個工作區：截止區

，線性區和可變電阻區。如圖10所示。注意到：MOSFET的線性區有時也稱為：恒流區或飽和區。

 

圖10：AOT1404的漏極導通特性

 

在前麵柵極電荷的章節
，設計過功率MOSFETdekaitongguocheng。zailoujidaotongtexingquxianshang，dangzhajidequdongdianyajiazaizhajishangshi，youyuzhajiyoushurudianrong，dianrongdedianyabunengtubian，yinci，zhajidedianyasuishijianxianxingshangsheng，cishigonglvMOSFET仍然工作在截止區，圖10中A-B所示。

 

當柵極的電壓上升到閾值電壓時
，漏極開始流過電流，此時，功率MOSFET進入到線性區。隨著柵極的增加，漏極電流也增加，圖10中B-C所示。這個過程中
，VDS電壓變化不大，CGD的電容小，因此很快的放電。這一段時間也可稱為di/dt時間段。

 

漏極電流的變化值等於器件的跨導乘以柵極電壓的變化值。

 

 

當(dang)漏(lou)極(ji)的(de)電(dian)流(liu)達(da)到(dao)係(xi)統(tong)的(de)最(zui)大(da)允(yun)許(xu)電(dian)流(liu)時(shi)，此(ci)時(shi)漏(lou)極(ji)電(dian)流(liu)不(bu)再(zai)增(zeng)加(jia)，維(wei)持(chi)最(zui)大(da)值(zhi)並(bing)保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)，因(yin)此(ci)，柵(zha)極(ji)的(de)電(dian)壓(ya)受(shou)到(dao)跨(kua)導(dao)的(de)限(xian)製(zhi)
，也(ye)要(yao)保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)

，圖(tu)10中C-D所示。

 

此時，功率MOSFET會在一段時間內工作在米勒平台區，即相對穩定的恒流區。柵極處於米勒平台區保持恒定的原因在於：漏極電壓VDS開始降低，那麼導致Crss兩端的電壓VGD也會隨之急劇的變化。

 

 

從上式可以看到，隻有大的電流才能產生大的VGD變化率，來抽取Crss的電荷，因此幾乎所有柵極的電流都被Crss抽走。同時，Crss是一個動態參數，在漏極電壓變化的過程中，Crss的電容值也會急劇的增加，此時動態的Crss主導著輸入電容
，這樣

，電容CGS相對而言其回路幾乎沒有電流，因此，柵極的電壓會維持恒定，從而產生米勒平台。這一段時間也可稱為dv/dt時間段。

 

當Crss的電荷全部抽走後，米勒平台結束，同時，VDS電壓也降到最低值，即電流和此時的RDS(on)乘積。隨後柵極電壓繼續增加，增加到驅動電壓的最大值
，如圖10中D-E所示，此時功率MOSFET進入可變電阻區。

 

整個過程中
，A-B為截止區，D-E為可變電阻區，B-C-D為線性工作區。線性區產生開關損耗
，對於一個開關周期
，此時間段越長，開關損耗越大。

 

來源：鬆哥電源