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深圳振邦微科技:mos管工作原理2015詳細講解
在使用MOS管設(shè)計開關(guān)電源或者馬達驅(qū)動電路的時候,大部分人都會考慮MOS的導通電阻 ,最大電壓等,最大電流等,也有很多人僅僅考慮這些因素 。這樣的電路也許是可以工作的,但并不是優(yōu)秀的 ,作為正式的產(chǎn)品設(shè)計也是不允許的。
下面是對MOSFET及MOSFET驅(qū)動電路基礎(chǔ)的一點總結(jié),其中參考了一些資料,非全部原創(chuàng)。包括MOS管的介紹 ,特性,驅(qū)動以及應用電路。
1,MOS管種類和結(jié)構(gòu)
MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET) ,可以被制造成增強型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管 ,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是這兩種 。 至于為什么不使用耗盡型的MOS管,不建議刨根問底。
對于這兩種增強型MOS管 ,比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小,且容易制造 。所以開關(guān)電源和馬達驅(qū)動的應用中,一般都用NMOS。下面的介紹中,也多以NMOS為主。
MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在 ,這不是我們需要的,而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的 。寄生電容的存在使得在設(shè)計或選擇驅(qū)動電路的時候要麻煩一些,但沒有辦法避免 ,后邊再詳細介紹。
在MOS管原理圖上可以看到,漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管,在驅(qū)動感性負載(如馬達) ,這個二極管很重要 。順便說一句,體二極管只在單個的MOS管中存在,在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。
2 ,MOS管導通特性
導通的意思是作為開關(guān),相當于開關(guān)閉合。
NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會導通 ,適合用于源極接地時的情況(低端驅(qū)動),只要柵極電壓達到4V或10V就可以了 。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導通,適合用于源極接VCC時的情況(高端驅(qū)動)。但是 ,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動,但由于導通電阻大,價格貴 ,替換種類少等原因,在高端驅(qū)動中,通常還是使用NMOS。
3 ,MOS開關(guān)管損失
不管是NMOS還是PMOS,導通后都有導通電阻存在,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量 ,這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗 。現(xiàn)在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。
MOS在導通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程 ,流過的電流有一個上升的過程,在這段時間內(nèi),MOS管的損失是電壓和電流的乘積,叫做開關(guān)損失 。通常開關(guān)損失比導通損失大得多 ,而且開關(guān)頻率越快,損失也越大。
導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大。縮短開關(guān)時間 ,可以減小每次導通時的損失;降低開關(guān)頻率,可以減小單位時間內(nèi)的開關(guān)次數(shù) 。這兩種辦法都可以減小開關(guān)損失。
4,MOS管驅(qū)動
跟雙極性晶體管相比 ,一般認為使MOS管導通不需要電流,只要AH電壓高于一定的值,就可以了。這個很容易做到 ,但是,我們還需要速度 。 在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到,在AH ,GD之間存在寄生電容,而MOS管的驅(qū)動,實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流,因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路 ,所以瞬間電流會比較大。選擇/設(shè)計MOS管驅(qū)動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小 。
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