mos管的体二极管方向，mos管 电流方向

今天我们来说说两个问题。

1、MOS管可以反方向带电流吗？从D到S还是从S到D？

2. MOS 体二极管可以承受多大的电流？

为什么会出现这两个问题呢？我们刚开始了解MOS管的时候，应该是从NMOS开始的。电流方向为从D流向S。

在实际应用电路中，NMOS会有电流从S流向D，如下面的NMOS管反向供电电路（只是电路图，实际电路中还需进一步考虑）。

首先我简单介绍一下原理。

1、电源是否正常连接

电源正极VCC通过后续的负载电路连接到体二极管，体二极管导通，所以此时S极的电压约为0.7V（体二极管导通电压）。

同时，栅极G接VCC，故Vgs=Vcc-0.7VVgsth，NMOS管导通。 NMOS管导通后，导通压降基本为0，Vgs=Vcc，MOS管保持导通状态。

这样，整个电源通路打开，电源向下游负载供电，下游电路正常工作。这里需要特别注意的是，此时MOS管中的电流是从S流向D，与常见的D流向S是相反的。

2、电源反接时（电源与地反接）

栅极G接电源负极（0V），S极通过负载接电源负极（0V），所以Vgs=0V，MOS管不导通。

同时D非常Vcc，S非常0V，体二极管反向偏压，不导通，所以NMOS管中没有电流流过。

对于负载来说，这意味着电源已经断开。

由于反接的电源不会击中后负载，因此下游电路不会被烧坏，只要将前置电源的正负极接好，下游电路就可以再次正常工作。实现了防反接功能。

请注意，这里的反接保护并不是指电源可以反接而后续电路继续工作。但如果电源反接，下游电路就不会冒烟或烧坏。

当我第一次看到这个电路的时候，其实我很担心，但是当我打开这个MOS管时，电流是不是流向相反的方向呢？ D到S或S到D不重要吗？

除了电流方向的问题之外，还有MOS管的体二极管的问题。这个二极管能流多大的电流呢？

这个二极管也被称为“寄生二极管”，所以如果你不了解它，你很容易被愚弄，认为流过它的电流很小。

当我们听到寄生这个词时，很容易想到寄生电感和寄生电容，但由于这两者一般都很小，所以很容易误解寄生二极管也很弱，不能承载相对较大的电流。

常问问题

这两个问题其实可以用一个电路来回答，就是下面的BUCK电路。

你可能知道，上面的电路是降压电路，但是下管是NMOS管，当上管断开，下管导通时，会有一个电感电流从下管流过。

换句话说，低侧NMOS中的电流方向从S流向D，即相反方向。该电流可能非常大，因为根据负载，电感器电流可能相对较大。

另外，从上一篇文章《BUCK的振铃实验与分析》中我们可以看到，当BUCK开关切换时（上下管都不导通时）会出现死区时间。电感电流不能被中断，死区时间内的电感电流流过下管的体二极管。

另外，底管体二极管中的电流也可能非常大，因为电感器中的电流取决于负载电流并且可以达到几安培。

MOS管的体二极管最大电流是多少，选择时需要考虑吗？

很多MOS管都没有列出这个参数，但有些厂家却列出了，比如这款NMOS管SI9804。

看上面的说明书可以看到可以连续通过的电流是2.1A。

这个是从哪里来的？

我认为这可能是由于功耗限制造成的。

如果短时间内能够流过较大的电流，那么较长时间内流过的电流应该不会很大。

从上图可以看出，环境温度25时最大功耗为2.5W。这样来看，前面提到的持续电流是2.1A，但这应该也是基于功耗限制。

采用传统硅二极管，流过2.1A电流时，导通压降约为1V，因此功耗P=2.1A*1V=2.1W，与2.5W相差不大。

当然，以上只是我的猜测，我并没有找到任何官方说法。

更详细的手册

写完这篇，找到了比较详细的MOS管手册，英飞凌的NMOS管BSC059N04LS6。它详细介绍了体二极管的过流能力，包括连续电流和瞬时电流。

这本手册让我相信了上述推测。

以下是BSC059N04LS6 手册中的体二极管参数。

从上表可以看出，体二极管的连续电流可达38A，脉冲电流可达236A，同时二极管的最大导通电压为1V。

可能有点令人惊讶，但该二极管的连续电流可达38A。

虽然自然不可能投入实际使用，但需要注意的是上述条件，即Tc=25，c是外壳保持在25时的情况。

在实际应用中，MOS外壳无法可靠地保持在这个温度，当然，如果不添加特殊的散热措施，也无法继续汲取38A的电流。

但这不是问题。我只是想知道这个参数的含义以及它来自哪里。

我们来看看手册中列出的功耗限制。

可以看出，当Tc=25时，功耗极限为38W。我们刚刚发现开启电压为1V，电流限制为38A。恰好功耗限制等于电压乘以电压。这是一个巧合。

因此，可以流过体二极管的电流由功耗限制决定。

另外可以看出，Ta=25时的功耗限制为3W，但这个Ta是环境温度，应该接近实际使用环境（如果没有采取特殊的散热措施）。

用这个值计算，体二极管能继续流过的电流大约是3W/1V=3A，但这当然是我的猜测，手册上没有写。

此时，您至少应该知道体二极管仍然可以传导比较大的电流。

当然，我还有一个问题，上面说的是连续电流，瞬时电流应该有问题，但是瞬时电流能走多远呢？

这个问题就显得尤为重要，因为正常使用时，MOS管的体二极管不会传导比较持久的电流。如果有必要的话，直接点亮MOS管不是可以进一步降低功耗吗？

在上一示例的降压示例中，体二极管仅在非常短的死区时间内传导电流。

因此，值得考虑一下您目前可以产生多少电流。

我还是看BSC059N04LS6的手册，因为是直接写的。

该真空管的导通电流达到59A。 10s内可流过的电流为236A，体二极管也是236A。它们是相同的，而且都很大。也就是说，体二极管的瞬时电流并不是使用的瓶颈。

或许这就是为什么我们不太关注MOS管的体二极管中的电流，而只关注MOS管的导通电流是否足够大。

总结以上内容：

1、MOS导通后，电流的方向其实可以双向流动，从d到s或者从s到d。

2、根据MOS管的功耗极限可以计算出MOS管体二极管的持续电流。

3、MOS管体二极管瞬间流过的电流相当于NMOS管导通后立即流过的电流，通常不是瓶颈。

本来文章到这里就应该结束了，但是上面的内容是不是可以从MOS管的原理来理解呢？

以下是我的部分理解，供大家参考。

NMOS管结构

我们先看一下NMOS管的结构。

以NMOS为例，如上图所示，S、D均为掺杂浓度较高的N型半导体，衬底为P型半导体，S极与衬底相连。

当Vgs电压大于阈值电压Vth时，即栅极相对于衬底带正电时，P型衬底中的少数载流子（电子）被吸引到P型衬底上，形成反转。一层路即导电槽。

这时我们可以看到S和D本身就是N型半导体，有很多自由电子，而且S和D之间也有很多电子，也可以导电。

也就是说，S和D是相连的，自由电子无处不在，可以自由移动。

因此，如果在S和D之间施加电压，就会产生电流，但无论电压的方向如何，如果有电压，就会产生电流，所以两者没有区别。

也就是说，电流可以双向流动，从D 到S 或从S 到D。

接下来我们看看体二极管的过流能力。

P 型半导体和N 型半导体的组合总是形成PN 结或二极管。 S和D之间的体二极管实际上是由漏极D和衬底形成的。由于S和电路板连接在一起，因此D和S之间有一个单独的二极管。

MOS管导通是因为栅极吸引P型衬底中的少数载流子（电子），形成导电沟道。这个通道应该比较窄，但是已经能够支持Id的电流（MOS管导通时的电流，每个NMOS都有这个参数）。

因此，在大电容、大面积的基板和漏极之间形成PN结，因此流动的电流自然地（无论温度如何）达到Id，没有任何问题。

但所形成的沟道电阻很低，因此产生的热量很少，主要缺点是PN结始终存在导通压降，流过的电流会产生热量。二极管很容易受到这种发热问题的影响。

因此，最终的结果是流过体二极管的持续电流受到MOS管功耗的影响。

虽然上面的原则表述看起来是一致的，但这纯粹是个人意见。