MOS管知识点梳理，它凭什么成为现代电力电子的主角

吾妻思萌

MOS管知识点梳理，它凭什么成为现代电力电子的主角 [复制链接]

 

场效应晶体管（FET）是利用电场效应来控制晶体管电流的半导体器件，因此叫场效应管。它是一种用输入电压控制型的半导体器件。按基本结构分为结型场效应管和金属-氧化物-半导体场效应管（又叫绝缘栅型场效应管）。

场效应管家族分类

场效应管的特点：输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单。

由于市面上见到和工作中使用的主要是增强型MOSFET，下面内容以此讨论。

1.MOS管的基础知识

MOS管分为N沟道MOS管和P沟道MOS管（N沟道应用更加广泛）。

MOS管的三个极分别为：栅极G、漏极D、源极S。

N沟道MOS管和P沟道MOS管电路符号

N-MOS与P-MOS区别

MOS管实物图（TO-220封装）

注：MOS管制造工艺会造成内部D极与S极之间存在一个寄生二极管，其作用：一是电路有反向电压时，为反向电压提供续流，避免反向电压击穿MOS管；二是当DS两级电压过高时，体二极管会先被击穿，进而保护MOS；对于高速开关场合，寄生二极管由于开通速度慢，导致反向后无法迅速开通，进而损坏MOS，因此需要在外部并联一个快恢复或肖特基二极管。

2.MOS管的主要参数

IRF3205规格书

IRF3205规格书

①漏源电流ID：是指场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流。场效应管的工作电流不应超过 ID 。此参数会随结温的上升而有所降低。

②漏源击穿电压VDSS：是指栅源电压VGS 为 0 时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一项极限参数，加在场效应管上的工作电压必须小于 VDSS 。

③导通漏源电阻RDS（on）：在特定的结温及漏极电流的条件下， MOSFET 导通时漏源间的最大阻抗。它是一个非常重要的参数，决定了 MOSFET 导通时的消耗功率。此参数一般会随结温的上升而有所增大。故应以此参数在最高工作结温条件下的值作为损耗及压降计算。

④开启电压VT：是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时（规定ID值）的栅极电压。

⑤最大栅源电压VGS ：指栅源两极间可以施加的最大电压，设计驱动时要考虑，一般为：-20V~+20V，之所以有正有负，是因为涵盖N型和P型。

3.MOS管的应用电路

MOS管作为功率器件主要以开关状态应用在主回路中，此外还有放大、阻抗变换、振荡等等作用。

MOS管用作反激电源开关管

由MOS管组成的全桥逆变电路

MOS管应用放大电路

maychang

说了半天，也没有说凭什么MOS管成为电力电子的主角。

maychang

最后那幅图片，根本不是MOS管，是结型FET放大电路。此图和标题毫无关系，和正文也毫无关系，输入输出极性还标错了。

bigbat

电力电子的主角也不是MOS，而是MOS+GTR的复合管IGBT，MOS的耐压也不够电力电子的要求。要说新的碳化硅MOS倒是又可以部分取代IGBT

秦天qintian0303

好控制    

maychang

bigbat 发表于 2023-6-2 10:51 电力电子的主角也不是MOS，而是MOS+GTR的复合管IGBT，MOS的耐压也不够电力电子的要求。要说新的碳化硅MOS倒 ...

只有双极型三极管的时代，当然只能用双极型三极管。双极型功率三极管的频率能做到多高，开关电源频率做多高，双极型功率三极管功率耗散能做多大，开关电源的功率做多大。有了功率MOS管，其开关速度快，导通电阻小，驱动容易，功率MOS管就占了主流。IGBT出世后，因其通流容量比MOS更大，可以做更大功率，在较大功率应用场合，IGBT占了主流。碳化硅目前价格较贵，价格下来后，碳化硅才能占主流。

bigbat

maychang 发表于 2023-6-2 14:47 只有双极型三极管的时代，当然只能用双极型三极管。双极型功率三极管的频率能做到多高，开关电源频率做多 ...

老大你误会了，帖子说的是"电力电子",在该领域内多数都是600V以上的器件，通常十多安的电流，MOS 600V耐压的管子基本上很难找得到。依据来源于《电机控制技术》一书。

maychang

bigbat 发表于 2023-6-2 17:41 老大你误会了，帖子说的是"电力电子",在该领域内多数都是600V以上的器件，通常十多安的电流，MOS 600 ...

还没有双极型三极管的时代，电力电子使用的是真空管和充气管。

【可控硅】又称【晶闸管】，【晶闸管】是【晶体闸流管】的简称，而闸流管，是一种真空电子器件。闸流管的电压电流容量，现在的晶闸管还做不到。

maychang

bigbat 发表于 2023-6-2 17:41 老大你误会了，帖子说的是"电力电子",在该领域内多数都是600V以上的器件，通常十多安的电流，MOS 600 ...

MOS管耐压700V的很常见，从交流市电转换成低压直流的普通小功率开关电源，多数是反激，使用的MOS管通常都在700V。

不过，这样的MOS管，通流容量都不大。要通流容量大，那当然是IGBT。

bigbat

maychang 发表于 2023-6-2 18:39 MOS管耐压700V的很常见，从交流市电转换成低压直流的普通小功率开关电源，多数是反激，使用的MOS管通常都 ...

老大说的闸流管好像小时候在电视台见过，记得和可乐罐大小差不多。那时候就是觉得这些灯泡怎么不亮。

吾妻思萌

maychang 发表于 2023-6-2 14:47
只有双极型三极管的时代，当然只能用双极型三极管。双极型功率三极管的频率能做到多高，开关电源频率做多 ...

老大你误会了，帖子说的是"电力电子",在该领域内多数都是600V以上的器件，通常十多安的电流，MOS 600V耐压的管子基本上很难找得到。依据来源于《电机控制技术》一书。

mos现在很多能做到800v以上的，我在淘宝买过10块一个甚至不到19块

bigbat

吾妻思萌 发表于 2023-6-3 09:41 老大你误会了，帖子说的是"电力电子",在该领域内多数都是600V以上的器件，通常十多安的电 ...

MOS我就没有见过功率大的，听同事说现在大功率的就没有用MOS的都是用IGBT

bigbat

maychang 发表于 2023-6-2 18:39 MOS管耐压700V的很常见，从交流市电转换成低压直流的普通小功率开关电源，多数是反激，使用的MOS管通常都 ...

我去问过同事，他说：一般的MOS超过700V的就是超高压MOS了，通常的电路220电路“额定电压300V”，一般的电路选取都是350V—500V的MOS，380的电路一般选600V-700V的MOS，所以MOS 700V的电压就很少了，而且MOS的功率也不是很大3A就基本上就到头了，也就是1、2A的样子。

我不是很理解，同事是做火车上用的充电器的，但是比较信他说的话。

1、220V的峰值电压是311V，为什么额定工作电压定在300V？不是小了吗

2、380V的峰值电压是537V，额定工作电压是不少？

 

maychang

bigbat 发表于 2023-6-3 12:17 我去问过同事，他说：一般的MOS超过700V的就是超高压MOS了，通常的电路220电路“额定电压300V&rdquo ...

【1、220V的峰值电压是311V，为什么额定工作电压定在300V？不是小了吗】

单端工作的开关电源，无论正激还是反激，管子的耐压选350V~500V，那是万万不能。

交流220V，从电力工业就不是准确的220V有效值，而是允许正负10%，即最高为242V有效值。311V峰值，是220V有效值的峰值，若是242V有效值，那么峰值是342V。这还是正弦波，若是220V含有一定奇次谐波，那峰值还要大。

单端工作的正激变换器或者反激变换器，若是理想工作，管子承受的反向电压也要二倍直流电源电压，342V的二倍是684V。不用700V以上的管子，怎么可能？

maychang

bigbat 发表于 2023-6-3 12:17 我去问过同事，他说：一般的MOS超过700V的就是超高压MOS了，通常的电路220电路“额定电压300V&rdquo ...

【2、380V的峰值电压是537V，额定工作电压是不少？】

乘以根号2，就是整流后最大电压，即537V。这是整流后使用电容输入滤波且空载的数值。

但是，380V在电力工业上称为0.4kV系统。0.4kV和380V相差那20V，是留给线路损耗的。例如中国的电气化铁路，从变电站出来是27.5kV，到受电端即电力机车则是25kV，相差那2.5kV，就是留给线路损耗的。线路上的电压降有2.5kV，对电子行业来说有些不可思议，但在电力行业，那是正常现象。

吾妻思萌

maychang 发表于 2023-6-3 13:34 【1、220V的峰值电压是311V，为什么额定工作电压定在300V？不是小了吗】 单端工作的开关电源，无论正 ...

我老师之前也和我说，二倍余量是起码，啊原来奇次谐波能那么大啊，那220V的该怎么去算这个谐波呢~

maychang

吾妻思萌 发表于 2023-6-3 21:12 我老师之前也和我说，二倍余量是起码，啊原来奇次谐波能那么大啊，那220V的该怎么去算这个谐波呢~

讲开关电源设计的书籍里面必定会讲到交流市电电压是多少则开关管耐压需要多少多少。

至于奇次谐波含量，我国电力标准是总谐波不大于5%，奇次谐波不大于4%。

器铭123

讲的很好，谢谢

振动试验仪器

MOS管在大电流的工作场合是全面取代了三极管，原因是耐压高，输出电流大，在同样的工作条件下故障率是大幅度下降了。

在大功率设备上，一般是多个元件并联工作，三极管的并联特性差，而MOS管由于是工作在开关状态，没有三极管的放大倍数匹配这个项目了。在三极管时代大功率三极管的参数一致性是不太好，大功率的功率放大器的功率只能做到10KW内，因此在2003年前，国产的开关管功率放大器没有生产出来时，振动台的晶体管功放一般就是到6个KW，六个KW的功放箱并联工作。

一个1KW的功放箱里面是44个三极管并联输出，我听说，在苏州的振动台厂家把10个功放箱并联工作，把功放打开到输出状态时，就放了一个大炮，大功率三极管就是全部烧坏了。

当时进口的日本的10KW的晶体管功放要用水来冷却，增大了故障的可能性。

用200V50A的MOS管20个就可以做个5KW的功放了。20个管子是一个功放模组了，一个箱子里面装2个模组就可以轻松做10KW的输出功率了。用风冷就可以了。

最后一点就是MOS的工作效率高于三极管，因此同样的输出功率自身的发热量是远小于三极管了。

现在新推出的智能型功放用大功率的IGBT，一个同样的箱子输出功率在30KW左右吧，

振动试验仪器

在晶体管时代，MOS管的功率是很大了，功放的功率到了几十个KW，现在更在容量需要，都是在几百KW， MOS的容量自然小了，进入了IGBT时代，再过十年就有更大的管子了。

我国搞的特高压输电，用的什么管子呢