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低开启电压MOS管

低(di)开(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)启电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(YGS（th））也(ye)称为(wei)(wei)“栅(zha)极(ji)阈值电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)”，这(zhei)(zhei)个(ge)数(shu)值的(de)(de)(de)(de)选择在(zai)这(zhei)(zhei)里(li)主要与(yu)用(yong)作(zuo)(zuo)比(bi)拟器的(de)(de)(de)(de)运(yun)放(fang)(fang)有火。VMOS不(bu)像(xiang)BJT，栅(zha)极(ji)相关于(yu)源极(ji)需求有一定的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)才干开(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)通(tong)，这(zhei)(zhei)个(ge)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)最(zui)低(di)值（通(tong)常是(shi)(shi)一个(ge)范围）称为(wei)(wei)开(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)启电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，饱和导通(tong)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)普(pu)通(tong)为(wei)(wei)开(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)启电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)一倍左(zuo)右(you)，假如(ru)技术手册给出的(de)(de)(de)(de)开(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)启电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)是(shi)(shi)一个(ge)范围，取最(zui)大值。VMOS的(de)(de)(de)(de)开(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)启电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)普(pu)通(tong)为(wei)(wei)5V左(zuo)右(you)，低(di)开(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)启电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)种类有2V左(zuo)右(you)的(de)(de)(de)(de)。假如(ru)采(cai)用(yong)5. 5V丁作(zuo)(zuo)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)运(yun)放(fang)(fang)，其(qi)输(shu)出电(dian)(dian)(dian)平(ping)最(zui)大约为(wei)(wei)土2.5V，即便采(cai)用(yong)低(di)开(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)启电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)VMOS，如(ru)图2.6中的(de)(de)(de)(de)2SK2313，最(zui)低(di)驱动电(dian)(dian)(dian)平(ping)也(ye)至(zhi)少(shao)为(wei)(wei)土5V，因而依(yi)据上(shang)文关于(yu)运(yun)放(fang)(fang)的(de)(de)(de)(de)选择准(zhun)绳，5.5V工作(zuo)(zuo)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)运(yun)放(fang)(fang)实践上(shang)是(shi)(shi)不(bu)能用(yong)的(de)(de)(de)(de)，引荐的(de)(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)最(zui)低(di)为(wei)(wei)±6V，由于(yu)运(yun)放(fang)(fang)的(de)(de)(de)(de)最(zui)高输(shu)出电(dian)(dian)(dian)平(ping)通(tong)常会略低(di)于(yu)工作(zuo)(zuo)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，即便是(shi)(shi)近年来开(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)端(duan)普(pu)遍应用(yong)的(de)(de)(de)(de)“轨(gui)至(zhi)轨(gui)”输(shu)入／输(shu)出的(de)(de)(de)(de)运(yun)放(fang)(fang)也(ye)是(shi)(shi)如(ru)此。

P沟(gou)(gou)(gou)道(dao)VMOS当(dang)然也(ye)能用，只(zhi)是驱动办法与N沟(gou)(gou)(gou)道(dao)相反。不过，直(zhi)到现(xian)在(zai)，与N沟(gou)(gou)(gou)通(tong)(tong)同一系列同电压规格的P沟(gou)(gou)(gou)通(tong)(tong)的VMOS，普通(tong)(tong)电流规格比N沟(gou)(gou)(gou)道(dao)的低，而(er)饱和导通(tong)(tong)电压比N沟(gou)(gou)(gou)道(dao)高。因而(er)选(xuan)N沟(gou)(gou)(gou)道(dao)而(er)不选(xuan)P沟(gou)(gou)(gou)道(dao)。

1、电压规格(VDSS)

俗称(cheng)耐压(ya)，至(zhi)少应该为(wei)主(zhu)绕组的3倍，需求(qiu)留意(yi)的是(shi)，主(zhu)绕组的电(dian)压(ya)指的是(shi)图2.6中(zhong)的N2或者N3，而不(bu)是(shi)二(er)者相加。详(xiang)细而言(yan)，图中(zhong)为(wei)10.5V，因而Q1、Q2的电(dian)压(ya)规格(ge)至(zhi)少为(wei)31.5V，思索到10%的动摇和1.5倍的保险系数(shu)，则电(dian)压(ya)规格(ge)不(bu)应该低于31.5 X 1.1X 1.5＝52V。图中(zhong)的2SK2313的电(dian)压(ya)规格(ge)为(wei)60v，契合请求(qiu)。

其次，依据普通经历，电(dian)压规格超(chao)越(yue)200V的(de)(de)VMOS，饱和导通电(dian)阻(zu)的(de)(de)优势就不明(ming)显了，而本(ben)钱却比二极管高得(de)多，电(dian)路也复杂(za)。因(yin)而，用作同步整流时(shi)，主绕组的(de)(de)最高电(dian)压不应该高于40V。

2、电流规格(In)

这个问题主要(yao)与最大耗散(san)功率(lv)有关，由于计算办法复(fu)杂并且需求实(shi)验停止验证，因(yin)而也能(neng)(neng)够直接用(yong)理论(lun)办法进行(xing)肯定，即(ji)在实(shi)践的(de)工作环(huan)境中，依照最极(ji)端的(de)最高环(huan)境温度，比(bi)方夏天比(bi)拟热的(de)温度，如35℃，依据实(shi)践所需求的(de)工作电流，接上(shang)适(shi)宜的(de)假(jia)负载(zai)，连续(xu)工作2小时左(zuo)右，假(jia)如MOS管(guan)散(san)热片(pian)(TAB)不(bu)烫手，就根本上(shang)能(neng)(neng)够运用(yong)。这个办法固然粗(cu)略，但(dan)是很简单适(shi)用(yong)。

3、mos饱和导通电阻(RDS（ON）)

越小越好(hao)，典型值最好(hao)小于(yu)10mQ，这(zhei)个(ge)数值以从技术手(shou)册(ce)上查到。

4、MOS管导通条件

导(dao)通(tong)与(yu)截(jie)止(zhi)由栅(zha)源电(dian)(dian)(dian)压(ya)来控制，对(dui)于(yu)增(zeng)强(qiang)(qiang)型(xing)(xing)场(chang)效(xiao)应管(guan)来说，N沟(gou)(gou)道的管(guan)子加(jia)(jia)正向电(dian)(dian)(dian)压(ya)即导(dao)通(tong)，P沟(gou)(gou)道的管(guan)子则加(jia)(jia)反(fan)向电(dian)(dian)(dian)压(ya)。一般(ban)2V～4V就(jiu)可以了。但是(shi)，场(chang)效(xiao)应管(guan)分为增(zeng)强(qiang)(qiang)型(xing)(xing)（常开型(xing)(xing)）和耗尽型(xing)(xing)（常闭型(xing)(xing)），增(zeng)强(qiang)(qiang)型(xing)(xing)的管(guan)子是(shi)需要加(jia)(jia)电(dian)(dian)(dian)压(ya)才能导(dao)通(tong)的，而(er)耗尽型(xing)(xing)管(guan)子本来就(jiu)处(chu)于(yu)导(dao)通(tong)状(zhuang)态(tai)，加(jia)(jia)栅(zha)源电(dian)(dian)(dian)压(ya)是(shi)为了使其截(jie)止(zhi)。

开关只有两种状(zhuang)态通和断，三极管(guan)和场(chang)效应管(guan)工作有三种状(zhuang)态：

1、截止；

2、线性放大；

3、饱和（基(ji)极电流继续增加而集电极电流不再(zai)增加）；

使晶体(ti)管只工(gong)作在(zai)1和(he)(he)(he)3状(zhuang)态的(de)电(dian)路(lu)称(cheng)之为(wei)开(kai)关(guan)(guan)电(dian)路(lu)，一(yi)般以(yi)晶体(ti)管截止，集(ji)电(dian)极不(bu)吸收电(dian)流表示(shi)(shi)关(guan)(guan)；以(yi)晶体(ti)管饱和(he)(he)(he)，发射极和(he)(he)(he)集(ji)电(dian)极之间的(de)电(dian)压差接(jie)(jie)近(jin)于0V时(shi)表示(shi)(shi)开(kai)。开(kai)关(guan)(guan)电(dian)路(lu)用(yong)于数(shu)字电(dian)路(lu)时(shi)，输(shu)出(chu)电(dian)位接(jie)(jie)近(jin)0V时(shi)表示(shi)(shi)0，输(shu)出(chu)电(dian)位接(jie)(jie)近(jin)电(dian)源电(dian)压时(shi)表示(shi)(shi)1。所(suo)以(yi)数(shu)字集(ji)成(cheng)电(dian)路(lu)内(nei)部的(de)晶体(ti)管都工(gong)作在(zai)开(kai)关(guan)(guan)状(zhuang)态。 场效应管按沟(gou)道分(fen)可分(fen)为(wei)Ｎ沟(gou)道和(he)(he)(he)Ｐ沟(gou)道管（在(zai)符号图中可看到(dao)中间的(de)箭头方向不(bu)一(yi)样）。

按材(cai)料分(fen)可分(fen)为(wei)结型(xing)(xing)管(guan)(guan)(guan)和绝缘(yuan)栅型(xing)(xing)管(guan)(guan)(guan)，绝缘(yuan)栅型(xing)(xing)又分(fen)为(wei)耗(hao)尽(jin)型(xing)(xing)和增强型(xing)(xing)，一般主板上大多是绝缘(yuan)栅型(xing)(xing)管(guan)(guan)(guan)简称(cheng)MOS管(guan)(guan)(guan)，并(bing)且大多采用(yong)(yong)增强型(xing)(xing)的(de)Ｎ沟道，其次是增强型(xing)(xing)的(de)Ｐ沟道，结型(xing)(xing)管(guan)(guan)(guan)和耗(hao)尽(jin)型(xing)(xing)管(guan)(guan)(guan)几乎不用(yong)(yong)。场(chang)效应(ying)晶体(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称(cheng)场(chang)效应(ying)管(guan)(guan)(guan).由多数载流子(zi)参(can)与导(dao)电,也称(cheng)为(wei)单(dan)极型(xing)(xing)晶体(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan).它属(shu)于电压(ya)(ya)控制型(xing)(xing)半导(dao)体(ti)(ti)器(qi)(qi)件.场(chang)效应(ying)管(guan)(guan)(guan)是利用(yong)(yong)多数载流子(zi)导(dao)电,所以称(cheng)之为(wei)单(dan)极型(xing)(xing)器(qi)(qi)件,而晶体(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)是即有多数载流子(zi),也利用(yong)(yong)少(shao)数载流子(zi)导(dao)电,被(bei)称(cheng)之为(wei)双(shuang)极型(xing)(xing)器(qi)(qi)件.有些场(chang)效应(ying)管(guan)(guan)(guan)的(de)源极和漏极可以互换使用(yong)(yong),栅压(ya)(ya)也可正可负,灵活性比晶体(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)好。

5、MOS管导通过程

导通时序可分为(wei)to~t1、t1~t2、 t2~t3 、t3~t4四(si)(si)个时间段，这四(si)(si)个时间段有(you)不同(tong)的(de)等(deng)效电路。

1）t0-t1：C GS1 开始充电(dian)，栅极电(dian)压(ya)还没(mei)有(you)到(dao)达V GS（th），导电(dian)沟(gou)道(dao)没(mei)有(you)形成，MOSFET仍处于关闭状态(tai)。

2）[t1-t2]区间, GS间电(dian)(dian)压到(dao)达(da)Vgs（th），DS间导电(dian)(dian)沟道(dao)开(kai)(kai)始形成(cheng)，MOSFET开(kai)(kai)启，DS电(dian)(dian)流增(zeng)加到(dao)ID, Cgs2 迅速充(chong)电(dian)(dian)，Vgs由(you)Vgs（th）指数增(zeng)长到(dao)Va。

3）[t2-t3]区(qu)间,MOSFET的DS电(dian)压降至与Vgs相同,产生Millier效应，Cgd电(dian)容大大增加,栅极电(dian)流(liu)持续流(liu)过，由(you)于C gd 电(dian)容急剧增大，抑(yi)制了栅极电(dian)压对Cgs 的充电(dian),从而使得(de)Vgs 近(jin)乎水平(ping)状态，Cgd 电(dian)容上(shang)电(dian)压增加,而DS电(dian)容上(shang)的电(dian)压继续减小。

4）[t3-t4]区间,至t3时刻(ke),MOSFET的(de)(de)DS电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)降至饱和导(dao)通时的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya),Millier效(xiao)应影响变(bian)小(xiao)，Cgd 电(dian)(dian)(dian)(dian)容变(bian)小(xiao)并和Cgs 电(dian)(dian)(dian)(dian)容一(yi)起由外部驱动(dong)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)充电(dian)(dian)(dian)(dian), Cgs 电(dian)(dian)(dian)(dian)容的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)上升,至t4时刻(ke)为止.此时C gs 电(dian)(dian)(dian)(dian)容电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)已达(da)稳态,DS间电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)也达(da)最小(xiao)，MOSFET完(wan)全开启。

低开启电压MOS管应用-如何进行低功耗设计

对于一个电(dian)子产品，总功耗为该(gai)产品正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)时的电(dian)压与电(dian)流的乘积，这就是低功耗设计的需要(yao)注意事(shi)项(xiang)之(zhi)一。

为了(le)降(jiang)低(di)(di)产(chan)品(pin)的(de)(de)(de)功(gong)耗，在电(dian)子产(chan)品(pin)开发时尽(jin)量采用(yong)(yong)低(di)(di)开启电(dian)压MOS管的(de)(de)(de)产(chan)品(pin)。比(bi)如一(yi)个产(chan)品(pin)，曾经(jing)用(yong)(yong)5v单(dan)片(pian)机正常工作，后来又了(le)3.3v的(de)(de)(de)单(dan)片(pian)机或者工作电(dian)压更(geng)低(di)(di)的(de)(de)(de)，那么(me)就是(shi)(shi)在第(di)一(yi)层次中进行了(le)低(di)(di)功(gong)耗设计(ji)，这也就是(shi)(shi)我(wo)们常说(shuo)的(de)(de)(de)研发前期低(di)(di)功(gong)耗器件(jian)选择。这一(yi)般(ban)需要有(you)广(guang)阔的(de)(de)(de)芯(xin)片(pian)涉(she)猎范(fan)围或者与供(gong)应商有(you)良好的(de)(de)(de)沟通(tong)。

其次是模(mo)块(kuai)工作(zuo)(zuo)的(de)(de)选择(ze)控(kong)制，一(yi)(yi)般选择(ze)具有休(xiu)眠(mian)功(gong)能的(de)(de)芯(xin)片(pian)。比(bi)如(ru)在(zai)设计一(yi)(yi)个系统(tong)中，如(ru)果某些外部模(mo)块(kuai)在(zai)工作(zuo)(zuo)中是不(bu)经常(chang)使用(yong)(yong)的(de)(de)，我们可以(yi)使其进入休(xiu)眠(mian)模(mo)式或者在(zai)硬件(jian)(jian)电(dian)路设计中采用(yong)(yong)数字开(kai)关来控(kong)制器(qi)(qi)工作(zuo)(zuo)与否，当(dang)需(xu)要使用(yong)(yong)模(mo)块(kuai)时将其唤醒(xing)，这样(yang)我们可以(yi)在(zai)整个系统(tong)进入低(di)功(gong)耗(hao)模(mo)式时，关闭(bi)一(yi)(yi)些不(bu)必要的(de)(de)器(qi)(qi)件(jian)(jian)，以(yi)起到省(sheng)电(dian)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，延长了待机时间。一(yi)(yi)般常(chang)用(yong)(yong)方(fang)法(fa)：①具有休(xiu)眠(mian)模(mo)式的(de)(de)功(gong)能芯(xin)片(pian)②MOS管做电(dian)子开(kai)关③具有使能端的(de)(de)LDO芯(xin)片(pian)。

再次(ci)，选择具有省电模式(shi)的(de)(de)主控(kong)(kong)芯(xin)片。现(xian)在的(de)(de)主控(kong)(kong)芯(xin)片一(yi)般(ban)都具有省电模式(shi)，通过以往(wang)的(de)(de)经验可(ke)以知道，当主控(kong)(kong)芯(xin)片在省电模式(shi)条件(jian)下，其(qi)工(gong)(gong)作电流往(wang)往(wang)是正常工(gong)(gong)作电流的(de)(de)几(ji)分之一(yi)，这样可(ke)以大(da)大(da)增(zeng)强消费类产品电池(chi)的(de)(de)使用时(shi)(shi)间。同(tong)(tong)时(shi)(shi)，现(xian)在一(yi)些控(kong)(kong)制(zhi)芯(xin)片具有双时(shi)(shi)钟的(de)(de)模式(shi)，通过软件(jian)的(de)(de)配置使芯(xin)片在不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)使用场合使用不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)外部始终从而降(jiang)低(di)其(qi)功耗。这与始终分频(pin)器具有异曲同(tong)(tong)工(gong)(gong)之妙，不(bu)同(tong)(tong)之处(chu)想(xiang)必就是BOM的(de)(de)价格问题。现(xian)在火爆(bao)的(de)(de)APPLE WATCH就是低(di)功耗的(de)(de)一(yi)个例子：全功能(neng)运(yun)行3-4小时(shi)(shi)，持续运(yun)行18小时(shi)(shi)。

主控芯片或者相关模(mo)(mo)块唤(huan)醒的方式选择(ze)。通常(chang)进过以上的步骤设计好了(le)硬件(jian)结构，在系(xi)(xi)统(tong)需(xu)要省(sheng)(sheng)电(dian)，在什(shen)么时(shi)候进入(ru)省(sheng)(sheng)电(dian)模(mo)(mo)式，这一般(ban)在软件(jian)设计中实(shi)现，但是最主要还是需(xu)要根据产品的功能(neng)特性来决定了(le)。当系(xi)(xi)统(tong)进入(ru)了(le)省(sheng)(sheng)电(dian)模(mo)(mo)式，而系(xi)(xi)统(tong)的唤(huan)醒也(ye)需(xu)要控制。一般(ban)系(xi)(xi)统(tong)的唤(huan)醒分(fen)为自(zi)动唤(huan)醒和外部唤(huan)醒。

A、自(zi)动唤醒是使(shi)用芯片内部(bu)的定时(shi)器来(lai)计时(shi)睡(shui)眠时(shi)间(jian)(jian)，当(dang)睡(shui)眠时(shi)间(jian)(jian)达到预定时(shi)间(jian)(jian)时(shi)，自(zi)动进行(xing)唤醒。这与我们使(shi)用的看门狗或者中断有比较相近之处(chu)，不同(tong)就是其工作(zuo)与否(fou)的时(shi)序。

B、 外部唤(huan)(huan)醒(xing)就是芯片一(yi)直(zhi)处(chu)于一(yi)种休眠(mian)状态，当有一(yi)个外部事件(jian)(主要(yao)是通过接口)来对(dui)芯片进行一(yi)个触(chu)发，则芯片会唤(huan)(huan)醒(xing)，在(zai)事件(jian)处(chu)理之后(hou)消除该(gai)触(chu)发事件(jian)而在(zai)此进入休眠(mian)状态。因此，根(gen)据系(xi)统的特性(xing)，就需(xu)要(yao)进行软(ruan)件(jian)设计时，来决定(ding)如(ru)何使用(yong)睡(shui)眠(mian)及唤(huan)(huan)醒(xing)，以(yi)降低系(xi)统的功(gong)耗。

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