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关于MOS的二十个问题

解答:


1. NMOS 与 PMOS 的区别(结构、电容)?CMOS 的关系?

  • 区别:NMOS 使用电子作为载流子,PMOS 使用空穴。NMOS 导通速度更快,导通电阻更小。结构上,NMOS 通常在 P 型衬底,PMOS 在 N 型衬底。

  • CMOS:互补金属氧化物半导体,由 NMOS 和 PMOS 构成,用于降低静态功耗。


2. MOSFET 的 RDS(on)R_{DS(on)} 与温度关系?如何通过非工艺手段降低它?

  • 温度升高时,RDS(on)R_{DS(on)} 增大。

  • 可通过:

    • 并联 MOSFET

    • 增大驱动电压使其完全导通

    • 使用散热片或强制风冷降低结温


3. 体二极管作用?优劣?

  • 作用:反向保护、续流。

  • 优点:简化电路。

  • 缺点:反向恢复时间长、正向压降高。


4. MOSFET 的损耗有哪些?如何计算与优化?

  • 导通损耗:I2⋅RDS(on)I^2 \cdot R_{DS(on)}

  • 开关损耗:与电压、电流、开关时间相关

  • 优化

    • 选低 RDS(on)R_{DS(on)} 器件

    • 优化驱动电路

    • 降低开关频率

    • 注意 EMI 与热管理


5. RDS(on)R_{DS(on)}、CissC_{iss}、CrssC_{rss} 之间关系?

  • CissC_{iss}:输入电容,主要影响驱动速度

  • CrssC_{rss}:反馈电容,影响 Miller 平台

  • 低 RDS(on)R_{DS(on)} 通常意味着更大沟道、更大电容


6. MOSFET 的缓启动电路(软启动)?NMOS 与 PMOS 各有何特点?

  • 常见设计:RC 延迟、慢升压驱动栅极

  • NMOS 更常用,因驱动电压低、开通快


7. CgdC_{gd}、CgsC_{gs}、CdsC_{ds} 等电容含义及温度关系?

  • 这些电容决定开关特性

  • 温度升高一般使 MOSFET 电容减小,但影响不如电阻显著


8. MOSFET 选型常关注哪些指标?

  • 开关频率、导通电阻、最大电压/电流、Qg(栅极电荷)、封装散热能力


9. MOSFET 快速开关设计?

  • 使用强驱动器(大电流)

  • 减小栅极电阻

  • 减少寄生电感与电容


10. MCU IO 是否能直接驱动 MOS?

  • 若为小信号 MOS,低频时可直接驱动。

  • 否则建议加缓冲驱动器(如栅极驱动芯片)


11. MOSFET 栅极串联电阻 RgateR_{gate} 作用?

  • 控制上升/下降时间,抑制震荡

  • 增大:降低 EMI,但开关慢

  • 减小:加快开关,但易震荡


12. MOSFET 的米勒平台(Miller Plateau)?

  • 形成原因:开关过程中,栅极电荷被反馈电容吸收

  • 延长时间:会减慢开关

  • 设计上需平衡开关速度和 EMI


13. MOSFET 并联时的注意事项?

  • 温度越高电阻越大,存在热失控风险

  • 应平衡导通电阻与导热路径


14. MOSFET 构成的 H 桥、半桥等电路?

  • H 桥:电机控制常用

  • 半桥:DC-DC、逆变器等

  • 注意死区时间与同步整流


15. GaN、SiC 等新材料 MOSFET 优缺点?

  • GaN:高频效率高、寄生小,缺点是成本高、耐压较低

  • SiC:高压高温耐受好,适合高功率场合


16. GaN 与 SiC 对比?

  • GaN:适合 >100kHz 高频

  • SiC:适合 >600V 高压

  • 替代 Si 时需考虑驱动器、电压等级等


17. MOSFET 与 IGBT 区别?

  • MOSFET:高频、小电流优

  • IGBT:大电流、工频领域优

  • MOS 没有尾电流,开关快


18. MOSFET 连续导通电流与哪些因素相关?

  • 封装热阻

  • 散热条件

  • RDS(on)R_{DS(on)}

  • PCB 铜面积


19. MOSFET 的热阻如何测量与评估?

  • 可通过 RthJCR_{thJC}、RthJAR_{thJA}

  • 热电偶/红外测温法测结温

  • 用 Tj=Tcase+P⋅RthT_{j} = T_{case} + P \cdot R_{th}


20. PCB Layout 时如何优化 MOSFET 外围电路?

  • 减小环路面积

  • 加粗功率线

  • 良好接地

  • 降低噪声、热、共模干扰

电源树的设计方法:

1.电源需求:

根据硬件总体方案,确定各芯片所需的供电电压; 根据芯片的特点及系统性能指标需求,确定各电压的性能要求

2.电源树设计:

根据电源需求,选定电源模块或芯片,设计单板电源树; 根据电源树设计评估单板功耗,优化功耗设计

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