【導讀】功率MOSFET最常用於開關型應用中，發揮著開關的作用。然而，在諸如SMPS的啟動電路
、浪湧和高壓保護
、防反接保護或固態繼電器等應用中
，當柵極到源極的電壓VGS為零時
，功率MOSFET需要作為常“開”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最常用於開關型應用中，發揮著開關的作用。然而，在諸如SMPS的啟動電路、浪湧和高壓保護、防反接保護或固態繼電器等應用中，當柵極到源極的電壓VGS為零時，功率MOSFET需要作為常“開”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之間的區別

第一個主要的區別是增強型（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。對於EM器件
，當VGS>VGS(th)時，漏極電流ID增加。對於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，可以節省整體係統成本，同時減低複雜性並提高可靠性。

耗盡型MOSFET產品

Littelfuse耗盡型功率MOSFET采用垂直雙擴散MOSFET（DMOSFET）的結構。所有這些器件都能工作在線性型下，這要歸功於擴展的正向偏置安全工作區（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產品係列[4]
，圖2概述多樣化的耗盡型(DM)產品組合。

圖2：Littelfuse耗盡型MOSFET產品組合

與EM器件不同，DM器件並不用於高頻應用。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係列和D2係列DM器件均具有擴展的FBSOA
，因此能夠工作在線性型。目前正在開發額定電壓為2500V的高壓耗盡型MOSFET產品。高壓（HV）測試設備
、電源、斜坡信號發生器
、絕緣電阻測試設備或高壓輸電係統的輔助電源等應用，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產品的應用[3]。

1. 開關型電源的啟動電路 - SMPS

SMPS傳統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，即使在啟動階段之後，功率電阻也會持續消耗功率
，這導致PCB上的熱量過高
，工作效率低下，以及SMPS輸入工作電壓範圍受到限製。可以采用基於耗盡型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。在啟動階段之後，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you於yu靜jing態tai電dian流liu較jiao低di，因yin而er所suo消xiao耗hao的de功gong率lv最zui少shao。這zhe種zhong方fang法fa的de主zhu要yao優you勢shi是shi在zai啟qi動dong序xu列lie操cao作zuo之zhi後hou的de功gong耗hao理li論lun值zhi為wei零ling，從cong而er提ti高gao了le整zheng體ti效xiao率lv。此ci外wai
，所suo占zhan用yong的dePCB麵積更小，並可實現寬泛的直流輸入電壓範圍，這對許多應用（如太陽能逆變器）是至關重要的。

圖4：用於SMPS啟動電路的耗盡型MOSFET

2. 線性電壓調節器的浪湧保護

線性電壓調節器為小型模擬電路
、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。這可能出現很大的電壓變化

，包括由於應用環境造成的電壓尖峰。如圖5所示，耗盡型MOSFET可用於在線性電壓調節器電路中實施浪湧保護。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的導通僅僅取決於柵極電壓，而與漏極電壓無關。這種配置用於減少電壓瞬變，直至達到器件額定電壓VDS耐受能力。基於耗盡型MOSFET解決方案的優點是具有寬泛的直流工作電壓範圍Vin，以及借助MOSFET低(di)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)而(er)實(shi)現(xian)的(de)最(zui)小(xiao)功(gong)耗(hao)。這(zhe)種(zhong)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)可(ke)用(yong)於(yu)通(tong)信(xin)應(ying)用(yong)，以(yi)減(jian)少(shao)浪(lang)湧(yong)造(zao)成(cheng)的(de)瞬(shun)變(bian)影(ying)響(xiang)。也(ye)可(ke)用(yong)於(yu)汽(qi)車(che)和(he)航(hang)空(kong)電(dian)子(zi)應(ying)用(yong)，以(yi)減(jian)少(shao)由(you)電(dian)感(gan)負(fu)載(zai)引(yin)起(qi)的(de)瞬(shun)變(bian)。

圖5：使用耗盡型MOSFET的浪湧保護電路

3. 恒流源

耗盡型MOSFET可用於實現恒流源，如圖6所示。它根據電阻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。這個電流相當於IDVGSoffR。這樣的電流源可以在LED陣列驅動器
、涓流充電電路中使用，以維持監控係統的電池電量，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係的高壓斜坡。可以配置耗盡型MOSFET來設計高壓斜坡發生器，如圖7所示。恒流源通過電阻R1給電容C充電，並產生電壓斜坡
，即電容上的Vout。可以通過控製信號開啟線性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用於限製線性MOSFET的放電電流，使其在SOA額定範圍內工作。

圖7：使用耗盡型MOSFET的高壓斜坡發生器

5. 高壓保護電路

耗盡型MOSFET可用於保護測量儀器
，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將通過限製電流來保護儀器。這將對探頭上的正電壓和負電壓提供保護。這種電路可用於台式或手持式儀器。

圖8：使用耗盡型MOSFET的高壓保護電路

6. 固態繼電器

如圖9所示，耗盡型MOSFET在實現以固態繼電器（SSR）取代機械繼電器（EMR）的負載開關方麵表現出色。固態繼電器的主要優點是不受磁場影響，由於沒有機械觸點而具有更高的可靠性，並且節省了PCB占用空間。醫療設備、工業自動化、測量和測試設備以及消費電子等應用都廣泛使用固態繼電器。

圖9：使用耗盡型MOSFET的固態繼電器

結論

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電壓範圍的產品係列，我們是唯一一家提供大電流耗盡型MOSFET器件的製造商。本文所講述的應用，將幫助設計人員在各種工業應用中選擇使用這些器件以提高效率並增加係統的可靠性。

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