教你如何計(jì)算MOS管的開關(guān)電路（一）

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★★★MOS-3MOS管的（開關(guān)電路）★★★

引言：分立MOS搭建的開關(guān)電路在（電路設(shè)計(jì)）里面非常常見，在單板的邏輯設(shè)計(jì)，器件控制，（供電）控制，供電保護(hù)等等方面，都發(fā)揮著巨大的作用。使用時(shí)如果設(shè)計(jì)巧妙，簡(jiǎn)約，不僅可以節(jié)約大量物料成本還能增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)健性（（模擬）控制比數(shù)字控制可靠的多）,本節(jié)主要講解MOS搭建的兩類基礎(chǔ)開關(guān)類型。

€1.源極接地型開關(guān)

如下是NMOS和PMOS的源極接地型開關(guān)，所謂源極接地型，即NMOS的源極直連GND，PMOS的源極直連VDD。其中Rg是柵極限流（電阻），RP是偏置電阻，RD是主路徑限流電阻。

圖3-1：NMOS和PMOS源極接地型開關(guān)

對(duì)于NMOS源極接地型開關(guān)，當(dāng)Ctrlin輸入高電平時(shí)，NMOS導(dǎo)通，out端直接連GND，輸出低電平；當(dāng)Ctrlin為低電平時(shí)，NMOS不導(dǎo)通，out端通過RD連接VDD，輸出高電平。

對(duì)于PMOS源極接地型開關(guān)，當(dāng)Ctrlin輸入高電平（以VDD為基準(zhǔn)，VDD-Vin＞Vth）時(shí)，PMOS不導(dǎo)通，out端被RD下拉至GND，輸出低電平；當(dāng)Ctrlin輸入低電平（VDD-Vin

根據(jù)上面描述的工作過程，可知源極接地型開關(guān)的out和Ctrlin比較，是反相的，所以源極接地型開關(guān)又叫反相開關(guān)。

€2.源極跟隨型開關(guān)

如下是NMOS和PMOS的源極跟隨型開關(guān)，所謂源極跟隨型，即NMOS的漏極直連VDD，PMOS的漏極直連GND。其中Rg是柵極限流電阻，RP是偏置電阻，RD是主路徑限流電阻。

圖3-2：NMOS和PMOS源極跟隨器型開關(guān)

對(duì)于NMOS源極跟隨型開關(guān)，當(dāng)Ctrlin輸入高電平時(shí)，NMOS導(dǎo)通，out端直接連VDD，輸出高電平；當(dāng)Ctrlin為低電平時(shí)，NMOS不導(dǎo)通，out端被RD下拉至GND，輸出低電平。

對(duì)于PMOS源極跟隨型開關(guān)，當(dāng)Ctrlin輸入高電平（以VDD為基準(zhǔn)，Vin-VDD＞Vthmax）時(shí)，PMOS不導(dǎo)通，out端通過RD連接VDD，輸出高電平；當(dāng)Ctrlin輸入低電平（Vin-VDD

根據(jù)上面描述的工作過程，可知源極跟隨型開關(guān)的out和Ctrlin比較，是同相的，所以源極跟隨型開關(guān)又叫同相開關(guān)。

€3.源極接地型和源極跟隨型開關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)例

設(shè)計(jì)背景：

控制端為（MCU）的GPIO，高電平1.8V，VDD為5.0V，設(shè)計(jì)一個(gè)（LED驅(qū)動(dòng)）電路，可以控制（LED）的亮滅。LED為ROHM的SMLZ24BN3TT86，相關(guān)參數(shù)如下：

圖3-3：LED的最大額定參數(shù)

圖3-4：LED的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

從上述參數(shù)可知，LED正常工作時(shí)，導(dǎo)通（電流）IFMAX=30mA，脈沖峰值電流為100mA，那么控制LED關(guān)閉時(shí)電流為0mA，導(dǎo)通時(shí)電流為20mA，VF=3.3V，明暗就在0-20mA之間變化。

設(shè)計(jì)分析：

LED點(diǎn)亮?xí)r，VF=3.3V，那么導(dǎo)通路徑上的電阻分壓為5-3.3=1.7V，導(dǎo)通路徑電流=0.02A，路徑電阻RD=1.7V/0.02A=85Ω。因?yàn)槁窂诫娏鞑淮?，所以不需要選用功率MOS，小（信號(hào)）MOS就可以滿足要求。Ctrlin端電壓=1.8V，匯總選型參數(shù)為：ID＞0.02A，VGSTH＜1.8V，VDSS＞5.0V。

此處選LRC的LSI1012LT1G，具體參數(shù)如下：

圖3-5：LSI1012LT1G最大額定參數(shù)

圖3-6：LSI1012LT1G靜態(tài)參數(shù)

VGSth=0.9Vmax，1.8V的VGS可以將MOS完全打開。設(shè)計(jì)如下：

圖3-7：NMOS源極接地型和源極跟隨型開關(guān)

從圖3-7可以看到，同樣的器件，兩種驅(qū)動(dòng)方式，參數(shù)是不同的，左圖MOS關(guān)斷時(shí)，電流路徑為VDD>RD>LED>GND，此時(shí)功耗P關(guān)=PRD+PLED。MOS導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)功耗P通=PRD+PQ。由于RD比較小，P通會(huì)比較大。右圖MOS關(guān)斷時(shí)，此時(shí)功耗P關(guān)=0，MOS導(dǎo)通時(shí)，RD比較大，20mA電流都流向LED，此時(shí)功耗P通=PLED。（電阻RD上的功耗忽略不計(jì)）。兩種功耗的差異很明顯，但前者是反相，高電平熄滅，低電平點(diǎn)亮，后者是同相，高電平點(diǎn)亮，低電平熄滅。

圖3-10是PNP型源極接地型和源極跟隨型開關(guān)，分析方式和上面類似，選用PMOS型號(hào)為L(zhǎng)RC的LSI1013LT1G設(shè)計(jì)源極接地型和源極跟隨型開關(guān)：

圖3-8：LSI1013LT1G最大額定參數(shù)

圖3-9：LSI1013LT1G（電氣）參數(shù)

由于VDD=5V，那么Ctrlin電平的參照就是VDD=5V，Ctrlin最高1.8V，VGS是-5V和-3.2V，均小于VGSTH=-1.3V，都處于導(dǎo)通狀態(tài)。如果更改VDD為1.8V，當(dāng)Ctrlin=0V低電平時(shí)，VGS=-1.78V＜-1.3V，PMOS導(dǎo)通，當(dāng)Ctrlin=1.8V高電平時(shí)，VGS=0V＞-0.45V，PMOS關(guān)斷。更改為VDD=1.8V，LED就需要重新選型。

從上面計(jì)算可知