MOS管及MOS管的驅(qū)動電路設(shè)計

1、MOS 管及 MOS 管的驅(qū)動電路設(shè)計MOS 管及 MOS 管的驅(qū)動電路設(shè)計摘要:本文將對 MOSFET 的種類，結(jié)構(gòu)，特性及應(yīng)用電路作一簡單介紹，并控討了一下 MOSFET 驅(qū)動電路設(shè)計問題在使用 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(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）可以被制造成增強型或耗盡型，P 溝道或 N 溝道共 4 種類型，但實際應(yīng)用的只有增強型的 N 溝道 MOS

2、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。右圖是這兩種 MOS 管的符號。N溝道MOSF溝道N40s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(dǎo)通電阻小且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達驅(qū)動的應(yīng)用中，一般都用 NMOS。下面的介紹中，也多以 NMOS 為主。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。下圖是 MOS 管

3、的構(gòu)造圖，通常的原理圖中都畫成右圖所示的樣子。（柵極保護用二極管有時不畫）MOS 管的三個管腳之間有寄生電容存在，如右圖所示。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，在 MOS 管的驅(qū)動電路設(shè)計時再詳細介紹。Lqjiyniunt匚!tutt2、MOS 管導(dǎo)通特性導(dǎo)通的意思是作為開關(guān)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。NMOS 的特性，Vgs 大于一定的值就會導(dǎo)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(dǎo)通，使用與源極接 VCC 時的情況（高端驅(qū)動）。

4、但是，雖然 PMOS 可以很方便地用作高端驅(qū)動，但由于導(dǎo)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。右圖是瑞薩 2SK3418 的 Vgs 電壓和 Vds 電壓的關(guān)系圖?？梢钥闯鲂‰娏鲿r，Vgs 達到 4V,DS 間壓降已經(jīng)很小，可以認(rèn)為導(dǎo)通。DraintnSaturatQfVvltag9vs,GatetoSourceWltagc3、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，因而在 DS 間流過電流的同時，兩端還會有電壓（如2SK3418 特性圖所示）.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(dǎo)通損耗。詵擇導(dǎo)通電阻小

5、的 MOS 管會減小導(dǎo)通損耗?，F(xiàn)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(dǎo)通損失大得多，而且開關(guān)頻率越快，損失也越大。下圖是 MOS 管導(dǎo)通時的波形?？梢钥闯?，導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。降低開關(guān)時間，可以減小每次導(dǎo)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(rèn)為使 MOS 管

6、導(dǎo)通不需要電流，只要 GS 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 GSGD 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。第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動的 NMOS,導(dǎo)通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動的 MOS 管導(dǎo)通時源極電壓與漏極電壓(VCC 相同，所以這時柵極電壓要比 VCC 大 4V 或 10V。如果在同一個系統(tǒng)里，要得到比VCC 大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達驅(qū)動器都集成了電荷泵，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 MOS 管。上邊說的 4V 或 10V 是常用的 MOS 管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計時當(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?，F(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)?甬就夠用了。MOS 管的驅(qū)動電路及其損失，可以參考 Microchip 公司的 AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs 講述得很詳細，所以不打算多