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【创心服务 联通你我】青春逢盛世,奋斗正当时
中国通信网 时间:2010-04-08 信息来源:电子网

下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结,其中参考了一些资料,非所有原创。包含 MOS管的推选 ,特征,驱动以及运用 电路。 

在运用 MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会思虑 MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有许多人仅仅思虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不准许的。

1、MOS管种类和结构

MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际运用 的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。右图是这两种MOS管的符号。

至于为什么不运用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。

对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。原由是导通电阻小且基本 制造。所以开关电源和马达驱动的运用 中,通常都用NMOS。下面的推选 中,也多以NMOS为主。

在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很主要。顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。下图是MOS管的构造图,通常的原理图中都画成右图所示的样子。  (栅极保卫用二极管有时不画)

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,如右图所示。这不是咱们须要的,而是由于制造工艺限定产生的。寄生电容的存在使得在设计或挑选驱动电路的时候要麻烦一些,但没有方法防止,在MOS管的驱动电路设计时再细致推选 。

2、MOS管导通特征

导通的意思是作为开关,相当于开关上合。

NMOS的特征,Vgs大于必须的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

PMOS的特征,Vgs小于必须的值就会导通,运用与源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价钱贵,替换种类少等原由,在高端驱动中,通常还是运用 NMOS。

右图是瑞萨2SK3418的Vgs电压和Vds电压的联系图。可以看出小电流时,Vgs达到4V,DS间压降已经很小,可以认为导通。

3、MOS开关管耗损

不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,因而在DS间流过电流的同时,两端还会有电压(如2SK3418特征图所示),这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。挑选导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻通常在几十毫欧左右,几毫欧的也有。

MOS在导通和截止的时候,必须不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个降低的流程,流过的电流有一个上升的流程,在这段时间内,MOS管的耗损是电压和电流的乘积,叫做开关耗损。通常开关耗损比导通耗损大得多,并且开关频率越快,耗损也越大。

下图是MOS管导通时的波形。可以看出,导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的耗损也就很大。降低开关时间,可以减小每次导通时的耗损;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。这两种方法都可以减小开关耗损。

4、MOS管驱动

跟双极性晶体管相比,通常认为使MOS管导通不须要电流,只要GS电压高于必须的值,就可以了。这个很基本 做到,但是,咱们还须要速度。

在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电须要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。挑选 /设计MOS管驱动时第一要留心的是可提供瞬间短路电流的大小。

第二留心的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时须要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。假如在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。许多马达驱动器都集成了电荷泵,要留心的是应该挑选合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压,设计时当然须要有必须的余量。并且电压越高,导通速度越快,导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的MOS管用在不一样的领域里,但在12V汽车电子系统里,通常 4V导通就够用了。

MOS管的驱动电路及其耗损,可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。讲述得很细致,所以不打算多写了。

5、MOS管运用 电路

MOS管最显著的特征是开关特征好,所以被广泛运用 在须要电子开关的电路中,多见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。这三种运用 在各个领域都有细致的推选 ,这里暂时不多写了。以后有时间再总结。

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