功率mos在電動車控制器中的作用非常重要就不多說了，簡單來講mos的輸出電流就是用來驅(qū)動電機(jī)。電流輸出越大（為了防止過流燒壞mos，控制器有做限流保護(hù)），電機(jī)扭矩就強(qiáng)，加速就有力（電機(jī)磁飽和前扭矩和相電流成正比）。 mos在控制器電路中的工作狀態(tài)。開通過程（由截止到導(dǎo)通的過渡過程），導(dǎo)通狀態(tài)，關(guān)斷過程（由導(dǎo)通到截止的過渡過程），截止?fàn)顟B(tài)，還有一非正常狀態(tài)，擊穿狀態(tài)（小能量電流脈沖往往是可恢復(fù)擊穿，即mos不會損壞）。

       Mos主要損耗也對應(yīng)這幾個狀態(tài)，開關(guān)損耗（開通過程和關(guān)斷過程），導(dǎo)通損耗，截止損耗（漏電流引起的，這個忽略不計(jì)），還有雪崩能量損耗。只要把這些損耗控制在mos承受規(guī)格之內(nèi)，mos即會正常工作，超出承受范圍，即發(fā)生損壞。而開關(guān)損耗往往大于導(dǎo)通狀態(tài)損耗（不同mos這個差距可能很大），尤其是pwm沒完全打開，處于脈寬調(diào)制狀態(tài)時（對應(yīng)電動車的起步加速狀態(tài)），而最高急速狀態(tài)往往是導(dǎo)通損耗為主。

         Mos損壞主要原因：過流，大電流引起的高溫?fù)p壞（分持續(xù)大電流和瞬間超大電流脈沖導(dǎo)致結(jié)溫超過承受值）；過壓，源漏級大于擊穿電壓而擊穿；柵極擊穿，一般由于柵極電壓受外界或驅(qū)動電路損壞超過允許最高電壓（柵極電壓一般需低于20v安全）以及靜電損壞。

         Mos開關(guān)原理（簡要）。Mos是電壓驅(qū)動型器件，只要柵極和源級間給一個適當(dāng)電壓，源級和漏級間通路就形成。這個電流通路的電阻被成為mos內(nèi)阻，就是導(dǎo)通電阻。這個內(nèi)阻大小基本決定了mos芯片能承受的最大導(dǎo)通電流（當(dāng)然和其它因素有關(guān)，最有關(guān)的是熱阻）。內(nèi)阻越小承受電流越大（因?yàn)榘l(fā)熱?。?。Mos問題遠(yuǎn)沒這么簡單，麻煩在它的柵極和源級間，源級和漏級間，柵極和漏級間內(nèi)部都有等效電容。所以給柵極電壓的過程就是給電容充電的過程（電容電壓不能突變），所以mos源級和漏級間由截止到導(dǎo)通的開通過程受柵極電容的充電過程制約。關(guān)斷過程和這個相反，不再描述。

         玩mos主要就是玩怎么最優(yōu)控制它的柵極。麻煩問題還一大堆，因?yàn)閮?nèi)部這三個等效電容是構(gòu)成串并聯(lián)組合關(guān)系，它們相互影響，并不是獨(dú)立的，如果獨(dú)立的就很簡單了。其中一個關(guān)鍵電容就是柵極和漏級間的電容Cgd，這個電容業(yè)界稱為米勒電容。

         這個電容不是恒定的，隨柵極和漏級間電壓變化而迅速變化。這個米勒電容是柵極和源級電容充電的絆腳石，因?yàn)檫_(dá)到一個平臺后，柵極的充電電流必須給米勒電容充電，這時柵極和源級間電壓不再升高，達(dá)到一個平臺，這個是米勒平臺（米勒平臺就是給Cgd充電的過程），米勒平臺大家首先想到的麻煩就是米勒振蕩。因?yàn)檫@個時候源級和漏級間電壓迅速變化，內(nèi)部電容相應(yīng)迅速充放電，這些電流脈沖會導(dǎo)致mos寄生電感產(chǎn)生很大感抗，這里面就有電容，電感，電阻組成震蕩電路（能形成2個回路），并且電流脈沖越強(qiáng)頻率越高震蕩幅度越大。所以最頭疼的就是這個米勒平臺如何過渡。如果開關(guān)速度很快，這個電流變化率很高，振幅加大并震蕩延時（柵極電壓震蕩劇烈會影響柵極電容的充電速度，內(nèi)部表現(xiàn)是電容一會充電，一會放電）。所以干脆開關(guān)慢點(diǎn)（就是柵極電容慢慢充電，用小電流充電），這樣震蕩是明顯減輕了，但是開關(guān)損耗增大了。

         Mos開通過程源級和漏級間等效電阻相當(dāng)于從無窮大電阻到阻值很小的導(dǎo)通內(nèi)阻（導(dǎo)通內(nèi)阻一般低壓mos只有幾毫歐姆）的一個轉(zhuǎn)變過程。比如一個mos最大電流100a，電池電壓96v，在開通過程中，有那么一瞬間（剛進(jìn)入米勒平臺時）mos發(fā)熱功率是96*100=9600w！這時它發(fā)熱功率最大，然后發(fā)熱功率迅速降低直到完全導(dǎo)通時功率變成100*100*0.003=30w（這里假設(shè)這個mos導(dǎo)通內(nèi)阻3毫歐姆）。開關(guān)過程中這個發(fā)熱功率變化是驚人的。如果開通時間慢，意味著發(fā)熱從9600w到30w過渡的慢，mos結(jié)溫會升高的厲害。所以開關(guān)越慢，結(jié)溫越高，容易燒mos。為了不燒mos，只能降低mos限流或者降低電池電壓，比如給它限制50a或電壓降低一半成48v，這樣開關(guān)發(fā)熱損耗也降低了一半。不燒管子了。這也是高壓控容易燒管子原因，高壓控制器和低壓的只有開關(guān)損耗不一樣（開關(guān)損耗和電池端電壓基本成正比，假設(shè)限流一樣），導(dǎo)通損耗完全受mos內(nèi)阻決定，和電池電壓沒任何關(guān)系。我這里說的不一定每個人都需要很懂，大概能知道點(diǎn)就好了，做控制器設(shè)計(jì)的應(yīng)該能理解。

        其實(shí)整個mos開通過程非常復(fù)雜。里面變量太多?？傊褪?span>開關(guān)慢不容易米勒震蕩，但開關(guān)損耗大，管子發(fā)熱大，開關(guān)速度快理論上開關(guān)損耗低（只要能有效抑制米勒震蕩），但是往往米勒震蕩很厲害（如果米勒震蕩很嚴(yán)重，可能在米勒平臺就燒管子了），反而開關(guān)損耗也大，并且上臂mos震蕩更有可能引起下臂mos誤導(dǎo)通，形成上下臂短路。所以這個很考驗(yàn)設(shè)計(jì)師的驅(qū)動電路布線和主回路布線技能。最終就是找個平衡點(diǎn)（一般開通過程不超過1us）。開通損耗這個最簡單，只和導(dǎo)通電阻成正比，想大電流低損耗找內(nèi)阻低的。

         認(rèn)識功率mos（這個只能最簡要描述，用詞也不嚴(yán)謹(jǐn)，希望能看明白點(diǎn)）。我們電動車上用的功率mos和平常cmos集成電路中的小功率mos結(jié)構(gòu)是不一樣的。小功率mos是平面型結(jié)構(gòu)。而電動車上上用的功率mos是立體結(jié)構(gòu)。平面型結(jié)構(gòu)是指，mos柵極，源級和漏級都在芯片表面（或者說正面），而溝道也在芯片表面橫向排列。（我們常見的教科書的介紹mos原理一般都是拿平面結(jié)構(gòu)介紹）。

         而功率mos的立體結(jié)構(gòu)（溝道是深槽立體結(jié)構(gòu)）是柵極和源級引線從芯片正面引出（其實(shí)柵極也不在表面而是內(nèi)部，只是比較靠近表面），而漏級是從芯片背面引出（其實(shí)整個芯片背面都是漏級連接在一起的，整個個漏級用焊接材料直接焊接在金屬板上，就是mos的金屬背板，一般是銅鍍錫的），所以我們見到的mos一般金屬板和中間引腳（就是漏級）是完全導(dǎo)通的（有些特殊的封裝是可以做到金屬板和中間腳絕緣的）。溝槽立體結(jié)構(gòu)的功率mos根據(jù)制造工藝和溝槽形狀有很多分類，不再描述（原理都一樣）。這里有一點(diǎn)需要提出，功率mos內(nèi)部從漏級到源級是有一個體二極管的，這個二極管基本上所有的功率mos都具有，和它本身結(jié)構(gòu)有關(guān)系（不需要單獨(dú)制造，設(shè)計(jì)本身就有）。當(dāng)然可以通過改變設(shè)計(jì)制造工藝，不造出這個二極管。但是這會影響芯片功率密度，要做到同樣耐壓和內(nèi)阻，需要更大的芯片面積（因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同）。大家只是知道這回事就行了。我們所見的一個mos管，其實(shí)內(nèi)部由成千上萬個小mos管并聯(lián)而成（實(shí)際數(shù)量一般是上千萬個，和芯片面積和工藝有關(guān)）。

         如果在工作中，有一個或幾個小管短路，則整個mos表現(xiàn)為短路，當(dāng)然大電流短路mos可能直接燒斷了（有時表現(xiàn)為金屬板和黑色塑封間開裂），又表現(xiàn)為開路。大家可能會想這上千萬個小mos應(yīng)該很容易出現(xiàn)一個或幾個壞的吧，其實(shí)真沒那么容易，目前的制造工藝基本保證了這些小單位各種參數(shù)高度一致性。它們的各種開關(guān)動作幾乎完全一致，當(dāng)然最終燒壞時，肯定有先承受不了的小管先壞。所以管子的穩(wěn)定性和制造工藝密不可分，差的工藝可能導(dǎo)致這些小管的參數(shù)不那么一致。有時一點(diǎn)小的工藝缺陷（比如一個1um甚至更小的顆粒如果在關(guān)鍵位置）往往會造成整個芯片（缺陷所在的管芯）報廢。

          Mos封裝。不同封裝方式則內(nèi)部寄生電感差異很大。電動車上常用的小管（TO-220封裝）和大管（TO-247封裝）封裝電感都挺大，但是之所以它們用量很高，是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)散熱設(shè)計(jì)比較容易（大功率下散熱是非常重要的）。一般大管封裝電感是大于小管的。在控制器設(shè)計(jì)時，mos封裝寄生電感需要考慮，但也許無法解決，不過外部布線電感則必須設(shè)計(jì)合理，尤其是多管并聯(lián)時做到均勻分配。大管和小管的優(yōu)缺點(diǎn)比較（只這兩種比）。大管優(yōu)點(diǎn)，金屬背板面積大所以散熱好做，封裝電阻低（引線粗），所以封裝電流可以做到很大（可以200a左右）。大管缺點(diǎn)，占地方大（這個很明顯），封裝電感稍大。小管優(yōu)點(diǎn)，占地方小，封裝電感稍小。小管缺點(diǎn)，封裝電阻大（引線細(xì)），封裝電流較小（一般120a以下），金屬板面積小散熱較弱。

        （封裝電流和芯片過流能力是兩個完全不同的概念，有的廠家規(guī)格書標(biāo)芯片過流能力，而有的廠家是這兩個電流哪個小標(biāo)哪個。因?yàn)樾〉臎Q定了整個管子的電流能力。這個問題以后在mos規(guī)格書介紹中再簡單描述）大管和小管簡單誤區(qū)及說明。千萬不要認(rèn)為大管的芯片面積一定大于小管的。有些芯片本來就有不同的封裝方式，比如分別用小管和大管封裝，其實(shí)它們的芯片面積一樣大，大管封裝只是為了散熱更好些或封裝電流更大些。所以大管封裝里面芯片面積可大可小，同樣小管封裝里面芯片面積也可大可小。不過大管封裝能容納的最大芯片面積大概是小管封裝的2倍（甚至多點(diǎn)）。舉例說明，irfb4110用小管封裝，芯片已經(jīng)把小管內(nèi)部填滿了，面積再大小管放不進(jìn)了，而為了得到更低內(nèi)阻管子，所以有大管irfp4468，這個芯片面積比irfb4110大了一倍，所以它的內(nèi)阻低了一半，各種電容大了一倍。所以一個4468的芯片成本是4110的2倍（同樣大管封裝成本也比小管高）。所以4468比4110貴了差不多一倍（相當(dāng)于把兩個4110封裝在一起的等效效果）。

         下面介紹下對普通用戶實(shí)用點(diǎn)的。Mos挑選的重要參數(shù)簡要說明。以datasheet舉例說明。柵極電荷。Qgs, QgdQgs:指的是柵極從0v充電到對應(yīng)電流米勒平臺時總充入電荷（實(shí)際電流不同，這個平臺高度不同，電流越大，平臺越高，這個值越大）。這個階段是給Cgs充電（也相當(dāng)于Ciss，輸入電容）。Qgd:指的是整個米勒平臺的總充電電荷（在這稱為米勒電荷）。 這個過程給Cgd（Crss，這個電容隨著gd電壓不同迅速變化）充電。

         理論上選擇Qgs和Qgd小的mos管能快速度過開關(guān)區(qū)。導(dǎo)通內(nèi)阻。Rds（on）。這個耐壓一定情況下是越低越好。不過不同廠家標(biāo)的內(nèi)阻是有不同測試條件的。測試條件不同，內(nèi)阻測量值會不一樣。同一管子，溫度越高內(nèi)阻越大（這是硅半導(dǎo)體材料在mos制造工藝的特性，改變不了，能稍改善）。所以大電流測試內(nèi)阻會增大（大電流下結(jié)溫會顯著升高），小電流或脈沖電流測試，內(nèi)阻降低（因?yàn)榻Y(jié)溫沒有大幅升高，沒熱積累）。有的管子標(biāo)稱典型內(nèi)阻和你自己用小電流測試幾乎一樣，而有的管子自己小電流測試比標(biāo)稱典型內(nèi)阻低很多（因?yàn)樗臏y試標(biāo)準(zhǔn)是大電流）。當(dāng)然這里也有廠家標(biāo)注不嚴(yán)格問題，不要完全相信。所以選擇標(biāo)準(zhǔn)是找Qgs和Qgd小的mos管，并同時符合低內(nèi)阻的mos管。

         但在同樣工藝下，這2個影響充電電荷的參數(shù)和芯片面積成正比（就是芯片面積越小電容越小），而內(nèi)阻和芯片面積成反比（芯片面積越大內(nèi)阻越小）。就是說為了得到小的充電電容，必須用小的芯片面積，大的內(nèi)阻，這樣管子盡管開關(guān)速度快了，但是導(dǎo)通損耗在大電流下受不了。而在大功率應(yīng)用場合，內(nèi)阻還是起主導(dǎo)地位的。所以你會發(fā)現(xiàn)同一廠家的管子在同一工藝產(chǎn)品上（有的廠家不同工藝生產(chǎn)會有差異），內(nèi)阻小的往往這兩個電容參數(shù)大，并且是和內(nèi)阻成反比例的變化。那有沒有既符合低內(nèi)阻，電容特性又比較好的呢？半導(dǎo)體制造和設(shè)計(jì)一直在進(jìn)步。即使目前特性不好的管子放在以前也是最好的。所以只有相對的更好。

          目前我接觸到在控制器廣泛應(yīng)用的性價比最好mosfet品牌應(yīng)該是AOS。很多電動車控制器廠家（不方便透露名稱，這個涉及商業(yè)機(jī)密）用AOS的產(chǎn)品，認(rèn)同度很高，應(yīng)用最廣泛的型號：AOT470(75V/100A)、AOB290L(100V/140A)、AOB2500L(150V/150A)。

         我接觸的也有限，希望朋友們提供更多物美價廉的型號選擇。希望國內(nèi)的設(shè)計(jì)公司早日設(shè)計(jì)出更優(yōu)秀的管子，物美價廉惠及國內(nèi)用戶。也提高國際競爭力。尤其是IGBT方面，國內(nèi)客戶使用基本都是進(jìn)口器件。國內(nèi)igbt剛剛起步也是步履蹣跚。大功率igbt主要是工業(yè)用途或交通（動車或電動汽車），對可靠性穩(wěn)定性要求很高，即使國內(nèi)的穩(wěn)定性很好，也不容易打入市場。有時客戶習(xí)慣了一個品牌，不太愿意嘗試其它品牌（尤其是剛起步不知名的），如果有問題，導(dǎo)致事故就麻煩了。所以也只能從民用慢慢建立品牌影響力。還有國內(nèi)的半導(dǎo)體設(shè)備制造商，差距真的太大了?？纯淳A廠里設(shè)備90%以上都是國外的。好在這幾年國內(nèi)設(shè)備進(jìn)步挺快。希望幾十年后能出世界影響力的品牌（這里有點(diǎn)扯遠(yuǎn)了，純粹發(fā)牢騷）。注意選擇管子不要只選擇認(rèn)為最好的，或選擇貴的，要看總體設(shè)計(jì)。如果限流只需要18a，普通6管用AOT470完全搞定，干嘛要買很貴的管子替換呢，以適用為主。

         那種需要相線200a甚至500a或更高電流的控制器，確實(shí)要選擇最好的管子，其實(shí)最好的也不夠用，所以還要多管并聯(lián)。多管并聯(lián)設(shè)計(jì)難度比單管高的多（如果想達(dá)到同樣穩(wěn)定性）。管數(shù)越多，并聯(lián)難度越大。在這種情況下，有必要用最好參數(shù)的管子來設(shè)計(jì)。如果用參數(shù)低的，理論上可以并聯(lián)更多的管子來達(dá)到這個效果， 設(shè)計(jì)難度可以想象。比如500a相線電流控制器。尤其是高壓高電流更是是難上加難。MOSFET_selector.xls