MOS管原理用法

1、學(xué)過模擬電路，但都忘得差不多了。重新學(xué)習(xí) MOS管相關(guān)知識(shí)，大多數(shù)是整理得來并非原創(chuàng)。如有錯(cuò)誤還請(qǐng)多多指點(diǎn)！琵盡型增強(qiáng)型 N 溝的NfMP溝 N 溝的一、一句話MOS管工作原理NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到一定電壓（如 4V或10V,其他電壓，看手冊(cè)）就可以了。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，雖然 PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS。在使用MOS管設(shè)計(jì)開關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候，大部分人

2、都會(huì)考慮MOS的導(dǎo)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(jì)也是不允許的。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(qiáng)型或耗盡型， P溝道或N溝道共4 種類型，但實(shí)際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的 N溝道MOS管和增強(qiáng)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(duì)于這兩種增強(qiáng)型 MOS管，比較常用的是 NMOS。原因是導(dǎo)通電阻小，且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，一般都用NMOS。下面的介紹

3、中，也多以 NMOS為主。MOS管的三個(gè)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(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些，但沒有辦法避免，后邊再詳細(xì)介紹。在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載（如馬達(dá)、繼電器），這個(gè)二極管很重要，用于保護(hù)回路。順便說一句，體二極管只在單個(gè)的 MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。2，MOS開關(guān)管損失不管是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會(huì)減小導(dǎo)通損耗。現(xiàn)

4、在的小功率MOS管導(dǎo) 通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。MOS 在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的。 MOS 兩端的電壓有一個(gè)下降的過程，流過的 電流有一個(gè)上升的過程，在這段時(shí)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(dǎo)通損失大得多，而且 開關(guān)頻率越快，損失也越大。導(dǎo)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(shí)間， 可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損 失；降低開關(guān)頻率，可以減小單位時(shí)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。3， MOS 管驅(qū)動(dòng)跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使 MOS 管導(dǎo)通不需要電流，只要 GS 電壓高于一定的值，就可以 了

5、。這個(gè)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GS， GD 之間存在寄生電容，而 MOS 管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。 對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流， 因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路， 所以瞬間電流 會(huì)比較 大。選擇 /設(shè)計(jì) MOS 管驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的 NMOS ，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng) 的 MOS 管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（ VCC ）相同，所以這時(shí)柵極電壓要比 VCC 大 4V 或 10V 。如果 在同一個(gè)系統(tǒng)里， 要得到比 VCC 大的電壓， 就要專門的升壓電路了。

6、 很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵， 要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng) MOS 管。上邊說的 4V 或 10V 是常用的 MOS 管的導(dǎo)通電壓， 設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需要有一定的余量。 而且電壓越高， 導(dǎo)通速度越快， 導(dǎo)通電阻也越小。 現(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的 MOS 管用在不同的領(lǐng)域里， 但在 12V 汽車 電子系統(tǒng)里，一般 4V 導(dǎo)通就夠用了。MOS 管的驅(qū)動(dòng)電路及其損失，可以參考 Microchip 公司的 AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs 。講述得很詳細(xì)，所以不打算多寫了。5， MOS 管應(yīng)用電路MOS 管最顯著的特性是開關(guān)特

7、性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電 源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也有照明調(diào)光。參數(shù)含義：Rds（on）: DS的導(dǎo)通電阻當(dāng)Vgs=10V時(shí)，MOS的DS之間的電阻Id:最大 DS 電流 會(huì)隨溫度的升高而降低Vgs:最大 GS 電壓 一般為: -20V+20VIdm:最大脈沖 DS 電流 會(huì)隨溫度的升高而降低，體現(xiàn)一個(gè)抗沖擊能力，跟脈沖時(shí)間也有關(guān)系Pd:最大耗散功率Tj:最大工作結(jié)溫，通常為 150 度和 175 度Tstg:最大存儲(chǔ)溫度Iar:雪崩電流Ear:重復(fù)雪崩擊穿能量Eas:單次脈沖雪崩擊穿能量BVdss:DS 擊穿電壓Idss:飽和 DS 電流， uA 級(jí)的電流Igss:G

8、S 驅(qū)動(dòng)電流， nA 級(jí)的電流 gfs:跨導(dǎo)Qg:G 總充電電量Qgs:GS 充電電量Qgd:GD 充電電量Td(on):導(dǎo)通延遲時(shí)間，從有輸入電壓上升到10%開始到 Vds 下降到其幅值 90%的時(shí)間Tr:上升時(shí)間，輸出電壓 VDS 從 90% 下降到其幅值10% 的時(shí)間Td(off):關(guān)斷延遲時(shí)間，輸入電壓下降到90% 開始到 VDS上升到其關(guān)斷電壓時(shí) 10% 的時(shí)間Tf:下降時(shí)間，輸出電壓 VDS 從 10% 上升到其幅值90% 的時(shí)間 （ 參考圖 4） 。Ciss:輸入電容， Ciss=Cgd + Cgs.Coss:輸出電容， Coss=Cds +Cgd.Crss: 反向傳輸電容， C

9、rss=Cgc.總結(jié)：N溝道的電源一般接在 D，輸出S, P溝道的電源一般接在 S,輸出D。增強(qiáng)耗盡接法基本一樣。P 是指 P 溝道 ,N 是指 N 溝道。G： gate 柵極S： source 源極D ： drain 漏極以 RJK0822SPN 的 POWER MOS 為例：Drain to source voltage:VDSS 漏源極電壓 80VGate to source voltage：VGSS 20 門源電壓這三種應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域都有詳細(xì)的介紹，這里暫時(shí)不多 寫了。以后有時(shí)間再總結(jié)。PS 百度知道的一些P 溝道P溝道的管子使用的時(shí)候你只需要記住幾件事情：當(dāng)柵極（ G）的電壓比漏極的

10、電壓（D）小5V以上（有 的管子可以更低），管子就開始導(dǎo)通，壓差越大，G和S （源極）之間的電阻就越小，損耗也就越小，但是不能太大。還有一件事情就是G和S之間的最大耐壓，元器件手冊(cè)上有說明。最后就是G和S之間容許通過的最大電流，這個(gè)元器件手冊(cè)上寫的也很清楚。說的夠明白了。N 溝道結(jié)構(gòu)上， N 溝道耗盡型 MOS 管與 N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管基本相似 ,其區(qū)別僅在于柵源極間電壓vGS=0時(shí)，耗盡型MOS管中的漏一源極間已有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生，而增強(qiáng)型MOS管要在vGSVT時(shí)才出現(xiàn)導(dǎo)電溝道。原因是制造N溝道耗盡型 MOS管時(shí)，在SiO2絕緣層中摻入了大量的堿金屬正離子Na+或K+（制造P溝道耗盡型 MOS管時(shí)摻入負(fù)離子），如圖1（a）所示，因此即使 vGS=0時(shí)，在這些正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)作 用下，漏一源極間的P型襯底表面也能感應(yīng)生成 N溝道（稱為初始溝道）,只要加上正向電壓 vDS ,就有 電流iD。如果加上正的vGS，柵極與N溝道間的電場(chǎng)將在溝道中吸引來更多的電子，溝道加寬，溝道 電阻變小， iD 增大。反之 vGS 為負(fù)時(shí)，溝道中感應(yīng)的電子減少，溝道變窄，溝道電阻變大，iD 減小。當(dāng) vGS 負(fù)向增加到某一數(shù)值時(shí)，導(dǎo)電溝道消失， iD 趨于零，管子截止，