【導讀】功率MOSFET最常用于開關型應用中，發(fā)揮著開關的作用。然而，在諸如SMPS的啟動電路、浪涌和高壓保護、防反接保護或固態(tài)繼電器等應用中，當柵極到源極的電壓VGS為零時，功率MOSFET需要作為?！伴_”開關運行。在VGS=0V時作為常 "開 "開關的功率MOSFET，稱為耗盡型(depletion-mode ) MOSFET。
功率MOSFET最常用于開關型應用中，發(fā)揮著開關的作用。然而，在諸如SMPS的啟動電路、浪涌和高壓保護、防反接保護或固態(tài)繼電器等應用中，當柵極到源極的電壓VGS為零時，功率MOSFET需要作為?！伴_”開關運行。在VGS=0V時作為常 "開 "開關的功率MOSFET，稱為耗盡型(depletion-mode ) MOSFET。
增強型和耗盡型MOSFET之間的區(qū)別
第一個主要的區(qū)別是增強型（EM）和耗盡型（DM）器件的電路圖示，如圖1所示。EM器件在VGS=0V時沒有導通，而在達到柵極到源極閾值電壓VGS(th)開始導通。相反地，DM器件的通道在VGS=0V時是完全導通的。對于EM器件，當VGS>VGS(th)時，漏極電流ID增加。對于DM器件，則當VGS>0時電流增加；EM器件在VGS
圖1：增強型和耗盡型MOSFET之間的區(qū)別
在某些應用中，增強型EM器件不能取代耗盡型DM器件，因為它們在零柵極電壓VGS截止。此外，在一些涉及耗盡型MOSFET器件的應用中，根本不需要使用柵極驅(qū)動電路，因為柵極從應用電路中獲得了偏壓。借助耗盡型MOSFET的線性型工作能力，可以節(jié)省整體系統(tǒng)成本，同時減低復雜性并提高可靠性。
耗盡型MOSFET產(chǎn)品
Littelfuse耗盡型功率MOSFET采用垂直雙擴散MOSFET（DMOSFET）的結(jié)構(gòu)。所有這些器件都能工作在線性型下，這要歸功于擴展的正向偏置安全工作區(qū)（FBSOA），因而在終端應用中具有較高的可靠性[1][2]。Littelfuse耗盡型MOSFET有Depletion D、Depletion D2和Depletion CPC產(chǎn)品系列[4]，圖2概述多樣化的耗盡型(DM)產(chǎn)品組合。
圖2：Littelfuse耗盡型MOSFET產(chǎn)品組合
與EM器件不同，DM器件并不用于高頻應用。通常，除了線性MOSFET之外，EM器件不能夠工作在線性型[1]；然而，所有D系列和D2系列DM器件均具有擴展的FBSOA，因此能夠工作在線性型。目前正在開發(fā)額定電壓為2500V的高壓耗盡型MOSFET產(chǎn)品。高壓（HV）測試設備、電源、斜坡信號發(fā)生器、絕緣電阻測試設備或高壓輸電系統(tǒng)的輔助電源等應用，都需要使用這類耗盡型MOSFET器件。圖3說明Littelfuse耗盡型MOSFET在市場上占據(jù)領導地位。
圖3：Littelfuse耗盡型MOSFET具有市場領導地位
耗盡型功率MOSFET的應用
以下是獨特適合耗盡型MOSFET產(chǎn)品的應用[3]。
1. 開關型電源的啟動電路 - SMPS
SMPS傳統(tǒng)啟動電路方法是通過功率電阻和齊納二極管。在這種方法中，即使在啟動階段之后，功率電阻也會持續(xù)消耗功率，這導致PCB上的熱量過高，工作效率低下，以及SMPS輸入工作電壓范圍受到限制。可以采用基于耗盡型MOSFET的方法來替代，如圖4所示。耗盡型MOSFET提供PWM IC所需的初始電流以啟動運作。在啟動階段之后，輔助繞組將生成PWM IC所需的功率。在正常運行期間，耗盡型MOSFET由于靜態(tài)電流較低，因而所消耗的功率最少。這種方法的主要優(yōu)勢是在啟動序列操作之后的功耗理論值為零，從而提高了整體效率。此外，所占用的PCB面積更小，并可實現(xiàn)寬泛的直流輸入電壓范圍，這對許多應用（如太陽能逆變器）是至關重要的。
圖4：用于SMPS啟動電路的耗盡型MOSFET
2. 線性電壓調(diào)節(jié)器的浪涌保護
線性電壓調(diào)節(jié)器為小型模擬電路、CMOS IC或其他任何需要低電流的負載提供電源，其輸入電壓Vin直接來自母線電壓。這可能出現(xiàn)很大的電壓變化，包括由于應用環(huán)境造成的電壓尖峰。如圖5所示，耗盡型MOSFET可用于在線性電壓調(diào)節(jié)器電路中實施浪涌保護。這種MOSFET采用源極跟隨器配置連接。源極上的電壓將跟隨柵極上的電壓變化。耗盡型MOSFET的導通僅僅取決于柵極電壓，而與漏極電壓無關。這種配置用于減少電壓瞬變，直至達到器件額定電壓VDS耐受能力?；诤谋M型MOSFET解決方案的優(yōu)點是具有寬泛的直流工作電壓范圍Vin，以及借助MOSFET低靜態(tài)電流而實現(xiàn)的最小功耗。這種保護功能可用于通信應用，以減少浪涌造成的瞬變影響。也可用于汽車和航空電子應用，以減少由電感負載引起的瞬變。
圖5：使用耗盡型MOSFET的浪涌保護電路
3. 恒流源
耗盡型MOSFET可用于實現(xiàn)恒流源，如圖6所示。它根據(jù)電阻R值和柵極截止電壓VGS(off)而向負載提供恒定的電流。因此，電流ID與電壓Vin無關。這個電流相當于IDVGSoffR。這樣的電流源可以在LED陣列驅(qū)動器、涓流充電電路中使用，以維持監(jiān)控系統(tǒng)的電池電量，或者以恒流方式為電容器充電。
圖6：使用耗盡型MOSFET的恒流源
4. 高壓斜坡信號發(fā)生器
自動測試設備等應用需要在輸出電壓和時間之間保持線性關系的高壓斜坡?？梢耘渲煤谋M型MOSFET來設計高壓斜坡發(fā)生器，如圖7所示。恒流源通過電阻R1給電容C充電，并產(chǎn)生電壓斜坡，即電容上的Vout。可以通過控制信號開啟線性MOSFET，以重置斜坡電壓，可通過電阻R2將電容器放電至零。電阻R2用于限制線性MOSFET的放電電流，使其在SOA額定范圍內(nèi)工作。
圖7：使用耗盡型MOSFET的高壓斜坡發(fā)生器
5. 高壓保護電路
耗盡型MOSFET可用于保護測量儀器，防止因測量探頭意外連接到高壓Vmeas而造成的破壞性高壓（圖8）。在這種情況下，采用背對背配置的MOSFET S1和S2將通過限制電流來保護儀器。這將對探頭上的正電壓和負電壓提供保護。這種電路可用于臺式或手持式儀器。
圖8：使用耗盡型MOSFET的高壓保護電路
6. 固態(tài)繼電器
如圖9所示，耗盡型MOSFET在實現(xiàn)以固態(tài)繼電器（SSR）取代機械繼電器（EMR）的負載開關方面表現(xiàn)出色。固態(tài)繼電器的主要優(yōu)點是不受磁場影響，由于沒有機械觸點而具有更高的可靠性，并且節(jié)省了PCB占用空間。醫(yī)療設備、工業(yè)自動化、測量和測試設備以及消費電子等應用都廣泛使用固態(tài)繼電器。
圖9：使用耗盡型MOSFET的固態(tài)繼電器
結(jié)論
要求在柵極電壓為零時有電流的應用，均可以使用耗盡型MOSFET。盡管這些器件有許多實際應用，但幾乎被人們忽略。Littelfuse提供最廣泛的從60V到1700V電壓范圍的產(chǎn)品系列，我們是唯一一家提供大電流耗盡型MOSFET器件的制造商。本文所講述的應用，將幫助設計人員在各種工業(yè)應用中選擇使用這些器件以提高效率并增加系統(tǒng)的可靠性。
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