作者@@：Littelfuse公司产品@@工程师@@Aalok Bhatt；产品@@总监@@José Padilla；产品@@经理@@Raymon Zhou
功率@@MOSFET最常用于@@开@@关型应用中@@，发挥着开@@关的作用@@。然而@@，在@@诸如@@SMPS的启动电路@@、浪涌和@@高压@@保护@@、防反接保护或@@固态继电器@@等应用中@@，当@@栅极到@@源极的电压@@VGS为零时@@@@，功率@@MOSFET需要作为常@@“开@@”开@@关运行@@。在@@VGS=0V时@@作为常@@ "开@@ "开@@关的功率@@@@MOSFET，称为耗尽型@@@@(depletion-mode ) MOSFET。
增强型@@和@@耗尽型@@@@@@MOSFET之间的区别@@
第一个主要的区别是增强型@@@@（EM）和@@耗尽型@@@@（DM）器件@@的电路图@@示@@，如图@@@@1所示@@。EM器件@@在@@@@VGS=0V时@@没有@@导通@@，而在@@达到@@栅极到@@源极阈值电压@@VGS(th)开@@始导通@@。相反地@@，DM器件@@的通道在@@@@VGS=0V时@@是完全导通的@@。对于@@EM器件@@，当@@VGS>VGS(th)时@@，漏极电流@@@@ID增加@@。对于@@DM器件@@，则当@@@@VGS>0时@@电流@@增加@@@@；EM器件@@在@@@@VGS
图@@1：增强型@@和@@耗尽型@@@@@@MOSFET之间的区别@@
在@@某些应用中@@，增强型@@EM器件@@不能取代耗尽型@@@@DM器件@@，因为它们在@@零栅极电压@@VGS截止@@。此外@@，在@@一些涉及耗尽型@@@@MOSFET器件@@的应用@@中@@，根本不需要使用栅极驱动电路@@，因为栅极从应用电路中获得了偏压@@。借助耗尽型@@@@MOSFET的线性型工作能力@@@@，可以节省整体系统成本@@，同时@@减低复杂性并提高@@可靠性@@。
耗尽型@@MOSFET产品@@
Littelfuse耗尽型@@功率@@@@MOSFET采用垂直双扩散@@MOSFET（DMOSFET）的结构@@。所有@@@@这些器件@@都能工作在@@线性型下@@，这要归功于扩展的正向偏置安全工作区@@（FBSOA），因而在@@终端应用中具有@@较高的可靠性@@[1][2]。Littelfuse耗尽型@@MOSFET有@@Depletion D、Depletion D2和@@Depletion CPC产品@@系列@@@@[4]，图@@2概述多样化的耗尽型@@@@(DM)产品@@组合@@。
图@@2：Littelfuse耗尽型@@MOSFET产品@@组合@@
与@@EM器件@@不同@@，DM器件@@并不用于@@高频应用@@。通常@@，除了线性@@MOSFET之外@@，EM器件@@不能够工作在@@线性型@@[1]；然而@@，所有@@@@D系列@@和@@@@D2系列@@DM器件@@均具有@@扩展的@@FBSOA，因此@@能够工作在@@线性型@@。目前正在@@开@@发额定电压为@@2500V的高压@@耗尽型@@@@MOSFET产品@@。高压@@（HV）测试设备@@@@、电源@@、斜坡信号发生器@@、绝缘电阻@@测试设备@@@@或@@高压@@输电系统的辅助电源@@等应用@@，都需要使用这类耗尽型@@@@MOSFET器件@@。图@@3说明@@Littelfuse耗尽型@@MOSFET在@@市场上占据领导地位@@。
图@@3：Littelfuse耗尽型@@MOSFET具有@@市场领导地位@@
耗尽型@@功率@@@@MOSFET的应用@@
以下是独特适合耗尽型@@@@MOSFET产品@@的应用@@@@[3]。
1. 开@@关型电源@@的启动电路@@@@ - SMPS
SMPS传统启动电路方法是通过功率@@电阻@@和@@齐纳二极管@@。在@@这种@@方法中@@，即使在@@启动阶段之后@@@@，功率@@电阻@@也会持续消耗功率@@@@，这导致@@PCB上的热量过高@@，工作效率低下@@，以及@@SMPS输入工作电压范围受到@@限制@@。可以采用基于耗尽型@@@@@@MOSFET的方法来替代@@，如图@@@@4所示@@。耗尽型@@MOSFET提供@@PWM IC所需的初始电流@@以启动运作@@。在@@启动阶段之后@@，辅助绕组将生成@@PWM IC所需的功率@@@@。在@@正常运行期间@@，耗尽型@@MOSFET由于静态电流@@较低@@，因而所消耗的功率@@最少@@。这种@@方法的主要优势是在@@启动序列操作之后的功耗理论值为零@@，从而提高@@了整体效率@@。此外@@，所占用的@@PCB面积更小@@，并可实现宽泛的直流输入电压范围@@，这对许多应用@@（如太阳能逆变器@@）是至关重要的@@。
图@@4：用于@@SMPS启动电路的耗尽型@@@@MOSFET
2. 线性电压调节器的浪涌保护@@
线性电压调节器为小型模拟电路@@、CMOS IC或@@其他任何需要低电流@@的负载提供@@电源@@@@，其输入电压@@Vin直接来自母线电压@@。这可能出现很大的电压变化@@，包括由于应用环境造成的电压尖峰@@。如图@@@@5所示@@，耗尽型@@MOSFET可用于@@在@@线性电压调节器电路中实施浪涌保护@@。这种@@MOSFET采用源极跟随器配置连接@@。源极上的电压将跟随栅极上的电压变化@@。耗尽型@@MOSFET的导通仅仅取决于栅极电压@@，而与@@漏极电压无关@@@@。这种@@配置用于@@减少电压瞬变@@，直至达到@@器件@@额定电压@@VDS耐受能力@@@@。基于耗尽型@@@@MOSFET解决方案的优点是具有@@宽泛的直流工作电压范围@@Vin，以及@@借助@@MOSFET低静态电流@@而实现的最小功耗@@。这种@@保护功能可用于@@通信应用@@，以减少浪涌造成的瞬变影响@@。也可用于@@汽车和@@航空电子@@应用@@，以减少由电感负载引起的瞬变@@。
图@@5：使用耗尽型@@@@MOSFET的浪涌保护电路@@
3. 恒流源@@
耗尽型@@MOSFET可用于@@实现恒流源@@@@，如图@@@@6所示@@。它根据电阻@@@@R值和@@栅极截止@@电压@@VGS(off)而向负载提供@@恒定的电流@@@@。因此@@，电流@@ID与@@电压@@Vin无关@@。这个电流@@相当@@于@@IDVGSoffR。这样的电流@@源可以在@@@@LED阵列驱动器@@、涓流充电@@电路中使用@@，以维持监控系统的电池电量@@，或@@者以恒流方式为电容器充电@@@@。
图@@6：使用耗尽型@@@@MOSFET的恒流源@@@@
4. 高压@@斜坡信号发生器@@@@
自动测试设备@@@@等应用需要在@@输出电压和@@时@@间之间保持线性关系的高压@@斜坡@@。可以配置耗尽型@@@@MOSFET来设计高压@@斜坡发生器@@，如图@@@@7所示@@。恒流源@@通过电阻@@@@R1给电容@@C充电@@，并产生电压斜坡@@，即电容上的@@Vout。可以通过控制信号开@@启线性@@MOSFET，以重置斜坡电压@@，可通过电阻@@@@R2将电容器放电至零@@。电阻@@R2用于@@限制线性@@MOSFET的放电电流@@@@，使其在@@@@SOA额定范围内工作@@。
图@@7：使用耗尽型@@@@MOSFET的高压@@斜坡发生器@@
5. 高压@@保护电路@@
耗尽型@@MOSFET可用于@@保护测量仪器@@，防止因测量探头意外连接到@@高压@@@@Vmeas而造成的破坏性高压@@@@（图@@8）。在@@这种@@情况下@@，采用背对背配置的@@MOSFET S1和@@S2将通过限制电流@@来保护仪器@@。这将对探头上的正电压和@@负电压提供@@保护@@。这种@@电路可用于@@台式或@@手持式仪器@@。
图@@8：使用耗尽型@@@@MOSFET的高压@@保护电路@@@@
6. 固态继电器@@
如图@@@@9所示@@，耗尽型@@MOSFET在@@实现以固态继电器@@@@（SSR）取代机械继电器@@（EMR）的负载开@@关方面表现出色@@。固态继电器@@的主要优点是不受磁场影响@@，由于没有@@机械触点而具有@@更高的可靠性@@，并且节省了@@PCB占用空间@@@@。医疗设备@@@@、工业自动化@@、测量和@@测试设备@@@@以及@@消费电子@@等应用都广泛使用固态继电器@@@@。
图@@9：使用耗尽型@@@@MOSFET的固态继电器@@@@
结论@@
要求在@@栅极电压为零时@@@@有@@电流@@的应用@@@@，均可以使用耗尽型@@@@@@MOSFET。尽管这些器件@@有@@许多实际应用@@，但几乎被人们忽略@@。Littelfuse提供@@最广泛的从@@60V到@@1700V电压范围的产品@@系列@@@@@@，我们是唯一一家提供@@大电流@@耗尽型@@@@MOSFET器件@@的制造商@@。本文所讲述的应用@@@@，将帮助设计人员在@@各种工业应用中选择使用这些器件@@以提高@@效率并增加@@系统的可靠性@@。