关于MOS管的一些拙见
MOS管在很多项目中都是一定会出现的，在不同场合，MOS的作用也不同。本文意在记录现阶段对于MOS管的认识与见解。
MOS管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。这种器件不仅兼有体积小、重量轻、耗电省、寿命长的特点，而且还具有输入阻抗高、噪声低、抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。MOS管在大规模和超大规模集成电路中占有重要地位。
对于MOS的内部结构本文就不介绍了，因为项目中不会考察MOS内部结构，而是注重MOS的应用。
首先，我最先能想到MOS的几个特点：
- 通过栅极（G）控制通断，NMOS的Vgs要大于一定正电压、PMOS的Vgs要小于一定负电压；
- Vgs绝对值增大将减小Rds；
- 通常，价格超过十块钱的MOS管附带的体二极管要比几毛钱一个的续流二极管靠谱。
在项目中使用MOS管普遍是作为一个开关管来使用。例如开关电源，H桥驱动等设计中，都是利用MOS来控制电路通断，来实现项目功能的。这样就需要考虑MOS的一些寄生参数。
例如，我在设计一个H桥驱动时我就需要考虑MOS管三个引脚的寄生电容。MOS管导通，必须使栅极寄生电容都充满电，这个参数Qg（tot）将与驱动电路的开关频率和MOS驱动的选型相关。如果选择的驱动推力小，即给栅极充电能力弱，那么MOS管打开的速度就会慢。所以驱动MOS管的频率就不可以选择太高。上面的特点已经提及到，MOS的导通内阻和Vgs有关。如果开管的过程较慢，可以想象I*R关于时间的积分将会很大，那么每个周期MOS管内将积攒很多热量，多个周期后，MOS管将承受不住热量而损坏。这也是为什么许多关于MOS管驱动的博客里会写道开管速度慢会导致烧管的原因。
关于MOS管栅极电阻的选择。MOS管的栅极电阻实际上是用来改善栅极充放电波形的（抑制谐振）。
首先，我们要了解RLC电路的谐振模型，这里假设读者已经了解了。那么我们可以知道在无负载的情况下，RLC电路在谐振频率的放大倍数将达到无穷倍。那么加上负载，可以知道负载阻抗越大（正好前文提到过MOS的阻抗非常大），在谐振频率处的增益越大（毕竟开路阻抗等于无穷大）。如果增加RLC电路中的R呢？通过电路知识可以知道R增加，谐振增益将会减小。这里的R就是MOS管栅极串联的栅极电阻Rg，L是引线的寄生电感，C则是栅极寄生电容。驱动MOS的信号通常是方波信号，通过傅里叶分解，可以得到多种正弦信号，那么必定有一种正弦信号频率就在谐振频率上。如果不串联栅极电阻，就可能导致在谐振频率上的信号被放大，导致MOS管栅极波形失真（例如出现尖峰）。这种情况是工程师不希望看到的，因此需要串联一个栅极电阻。那么为了抑制信号受到放大而失真，能否将栅极电路取得很大呢？当然是不能的。如果将栅极电阻取得很大，将会使驱动信号里的高频分量丢失，驱动上升沿变缓，这也是工程师们不想看到的结果。
以上可以知道栅极电阻的选择分为以下几步：
1.分析MOS走线带来的寄生电感，MOS内部的寄生电容，以及MOS驱动信号源输出电阻，构建RLC电路增益曲线；
2.分析驱动信号频谱；
3.根据RLC电路增益曲线以及频谱，选择合适的Rg，使驱动信号频谱中某一频率不会被过分放大，也不会使驱动信号高频分量丢失。
如果以上三步对于你来说有些困难，那么可以参考MOS数据手册给出的Rg（ext）来选择。通常手册会建议用户接入一个5Ω或是10Ω的电阻来改善栅极充电波形。
关于MOS管选型。受工艺影响，NMOS的性能通常高于PMOS（NMOS耐压值高、栅极电荷Qg（tot）小、过流能力强等），并且价格NMOS也比PMOS便宜，所以在一些设计中，常常使用NMOS。当然也会有使用PMOS的时候，例如H桥驱动电路，如果使用NMOS，那么则需要考虑高端驱动（High-Side）的问题，因为想要NMOS导通，必须使Vgs大于一定正电压才行，同样使用PMOS则需要考虑低端驱动（Low-Side）。那么高端使用PMOS，低端使用NMOS不就解决了这个问题吗？没错！英飞凌的BTN集成半桥驱动就是将PMOS和NMOS集成在一起搭建的半桥电路。所以关于N、P的选型，通常我会在大功率项目中优先考虑选择NMOS。然后就是关于MOS本身参数的选取，例如Vgs。在数据手册中Vgs通常表明这是GS间能加的最大电压，这个电压通常为20V，即Vgs不能超过20V。另外还有一个Vgs（TH），这个参数代表着MOS的导通电压。Vgs（TH）越小自然越好。另外我还会关注在不同Vgs处管子的导通内阻Rg，Rg自然是越小越好，这样子电路工作效率也会更高。特别是在大电流的项目里，Rg每减小一点都将给系统带来巨大的功率节约。另外还需要考虑Ids，通常MOS的Ids都能做到100A以上，一般都是绰绰有余的（而且一般而言，普通板子的走线散热设计达不到MOS的Ids）。最后就是看MOS的工作频率，ton、toff、Qg这些参数。相信前文对于Qg，管子开关频率的讲解已经足够详细，这里就不在赘述。
