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mosfet管(guan)(guan),mosfet管(guan)(guan)驱动电(dian)路基础总(zong)结大全(quan)

信息来源:本(ben)站 日期:2017-10-02 

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简介:

关(guan)于MOSFET很(hen)多人都不了解,这(zhei)次(ci)小编再(zai)带大家认(ren)真梳理一(yi)(yi)下,或许关(guan)于您的(de)学问系统更(geng)加全面(mian)(mian)。下面(mian)(mian)是对MOSFET及(ji)MOSFET驱(qu)动电路根底的(de)一(yi)(yi)点总(zong)结(jie),其中参考(kao)了一(yi)(yi)些材(cai)料。

在运(yun)用MOS管设(she)计开关电(dian)(dian)源或者马达驱(qu)动电(dian)(dian)路的时分,大(da)部人都会(hui)思(si)索(suo)MOS的导通电(dian)(dian)阻,最大(da)电(dian)(dian)压等(deng),最大(da)电(dian)(dian)流等(deng),也(ye)有(you)很(hen)多人仅仅思(si)索(suo)这(zhei)些要(yao)素(su)。这(zhei)样的电(dian)(dian)路或许是能够工作的,但并不(bu)(bu)是优秀(xiu)的,作为正式的产品设(she)计也(ye)是不(bu)(bu)允许的。



1.MOS管种类的结

MOSFET管是FET的(de)(de)(de)一种(另一种是JFET),被制(zhi)造成增(zeng)强(qiang)(qiang)型(xing)(xing)(xing)或(huo)耗尽型(xing)(xing)(xing),P沟道(dao)或(huo)N沟道(dao)共(gong)4品种型(xing)(xing)(xing),但实践应用(yong)的(de)(de)(de)只要(yao)加强(qiang)(qiang)型(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)N沟道(dao)MOS管和(he)加强(qiang)(qiang)型(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)P沟道(dao)MOS管,所以通(tong)常提到NMOS,或(huo)者PMOS指的(de)(de)(de)就是这(zhei)两种。右(you)图(tu)是这(zhei)两种MOS管的(de)(de)(de)符(fu)号。

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至于为什么不(bu)运(yun)用(yong)耗尽型的(de)MOS管,不(bu)倡议寻根究底。


关于这(zhei)两种(zhong)加强型MOS管(guan),比较(jiao)常用(yong)(yong)的是(shi)NMOS。缘(yuan)由(you)是(shi)导(dao)通(tong)电阻(zu)小且容易制造(zao)。所以开关电源和马达(da)驱动的应(ying)用(yong)(yong)中(zhong),普通(tong)都(dou)用(yong)(yong)NMOS。下面的引见中(zhong),也多(duo)以NMOS为主。

在MOS管(guan)(guan)(guan)原(yuan)理图(tu)上(shang)能够看到,漏极(ji)(ji)(ji)和源极(ji)(ji)(ji),之间(jian)有(you)一(yi)个寄生二极(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)。这个叫体二极(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan),在驱动理性负载,这个二极(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)很重(zhong)要。顺便说一(yi)句,体二极(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)只在单个的(de)MOS管(guan)(guan)(guan)中存在,在集成(cheng)(cheng)电(dian)路芯片内部(bu)通常(chang)是没有(you)的(de)。下(xia)图(tu)是MOS管(guan)(guan)(guan)的(de)结构图(tu),通常(chang)的(de)原(yuan)理图(tu)中都(dou)画成(cheng)(cheng)右图(tu)所示的(de)样(yang)子。 (栅极(ji)(ji)(ji)维护(hu)用二极(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)有(you)时不(bu)画)

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MOS管(guan)的三(san)个(ge)管(guan)脚之间有寄(ji)生电(dian)(dian)容(rong)存在(zai),如(ru)右图所示。这不是我们(men)需(xu)求的,而是由于制造(zao)工(gong)艺限制产生的。寄(ji)生电(dian)(dian)容(rong)的存在(zai)使得在(zai)设(she)计(ji)(ji)或选(xuan)择驱(qu)动电(dian)(dian)路(lu)的时分要费事一些,但没有方法(fa)防止,在(zai)MOS管(guan)的驱(qu)动电(dian)(dian)路(lu)设(she)计(ji)(ji)时再细致(zhi)引见。


2.MOS管驱(qu)

跟双极(ji)性晶体管(guan)相比,普通以为使(shi)MOS管(guan)导通不需求(qiu)电(dian)流,只需GS电(dian)压高于一定(ding)的(de)值(zhi),就能够了(le)。这(zhei)个很容易做(zuo)到,但(dan)是,我们还需求(qiu)速度。


在(zai)MOS管(guan)的(de)构(gou)造中能够看到,在(zai)GS,GD之间存(cun)在(zai)寄生电(dian)容(rong)(rong)(rong),而MOS管(guan)的(de)驱动(dong)(dong),实践上就是对电(dian)容(rong)(rong)(rong)的(de)充(chong)放电(dian)。对电(dian)容(rong)(rong)(rong)的(de)充(chong)电(dian)需(xu)求一个(ge)电(dian)流(liu),由于对电(dian)容(rong)(rong)(rong)充(chong)电(dian)霎(sha)时能够把电(dian)容(rong)(rong)(rong)看成短(duan)路,所以(yi)霎(sha)时电(dian)流(liu)会比拟大。选择(ze)/设计MOS管(guan)驱动(dong)(dong)时第一要留意(yi)的(de)是可提供霎(sha)时短(duan)路电(dian)流(liu)的(de)大小(xiao)。


第二留意的(de)(de)(de)是(shi),普遍用(yong)于高端(duan)驱(qu)动的(de)(de)(de)NMOS,导通(tong)时(shi)(shi)需求(qiu)是(shi)栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)大于源极(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)。而高端(duan)驱(qu)动的(de)(de)(de)MOS管导通(tong)时(shi)(shi)源极(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)与(yu)漏极(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(VCC)相(xiang)同,所以这(zhei)时(shi)(shi)栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)要(yao)(yao)比(bi)(bi)VCC大4V或10V。假如在(zai)同一个系统里,要(yao)(yao)得到比(bi)(bi)VCC大的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)(ya),就要(yao)(yao)特(te)地的(de)(de)(de)升压(ya)(ya)电(dian)(dian)路了。很多马达驱(qu)动器都集成(cheng)了电(dian)(dian)荷(he)泵(beng),要(yao)(yao)留意的(de)(de)(de)是(shi)应(ying)该选(xuan)择适宜的(de)(de)(de)外接电(dian)(dian)容,以得到足够的(de)(de)(de)短(duan)路电(dian)(dian)流去(qu)驱(qu)动MOS管。


上边说的4V或10V是(shi)常用(yong)的MOS管的导通(tong)电压(ya),设计(ji)时当(dang)然需求有一(yi)定的余量。而(er)且电压(ya)越(yue)高(gao),导通(tong)速度越(yue)快(kuai),导通(tong)电阻(zu)也越(yue)小。如今也有导通(tong)电压(ya)更小的MOS管用(yong)在不同的范畴里(li),但在12V汽车(che)电子系(xi)统里(li),普通(tong)4V导通(tong)就够用(yong)了。


MOS管的(de)驱动电(dian)路及其损失,能够参考(kao)Microchip公司(si)的(de)AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFET。讲述(shu)得(de)很细(xi)致,所以不(bu)打(da)算多写了。



3、MOS管导通特性

 导通的意(yi)义是作为开(kai)关(guan),相当于开(kai)关(guan)闭合。


NMOS的特性,Vgs大于(yu)一定(ding)的值(zhi)就(jiu)会导通,合适用于(yu)源极接(jie)地(di)时的状况(kuang)(低(di)端(duan)驱(qu)动),只(zhi)需(xu)栅极电压(ya)到达(da)4V或10V就(jiu)能(neng)够(gou)了。


 PMOS的(de)特性,Vgs小于(yu)一(yi)定的(de)值就(jiu)会导通,运用(yong)(yong)与源极接VCC时(shi)的(de)状(zhuang)况(高(gao)(gao)端驱动(dong))。但是,固(gu)然PMOS能够很便(bian)当地用(yong)(yong)作高(gao)(gao)端驱动(dong),但由(you)于(yu)导通电阻大,价钱贵(gui),交换品(pin)种少等(deng)缘由(you),在(zai)高(gao)(gao)端驱动(dong)中(zhong),通常还是运用(yong)(yong)NMOS。


右图是瑞萨2SK3418的Vgs电压和(he)Vds电压的关系图。能够看出小(xiao)电流(liu)时,Vgs到达4V,DS间压降曾经很小(xiao),能够认(ren)为导通。


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4、MOS开关管损失

不(bu)论(lun)是(shi)NMOS还是(shi)PMOS,导通后都(dou)有(you)导通电(dian)阻(zu)(zu)存在,因此在DS间流(liu)(liu)过(guo)电(dian)流(liu)(liu)的同时,两(liang)端还会(hui)有(you)电(dian)压(如(ru)2SK3418特性图所示),这样电(dian)流(liu)(liu)就会(hui)在这个电(dian)阻(zu)(zu)上耗(hao)费(fei)(fei)能量(liang),这局部耗(hao)费(fei)(fei)的能量(liang)叫做(zuo)导通损耗(hao)。选择导通电(dian)阻(zu)(zu)小(xiao)的MOS管会(hui)减(jian)小(xiao)导通损耗(hao)。如(ru)今(jin)的小(xiao)功率MOS管导通电(dian)阻(zu)(zu)普通在几十毫(hao)欧左(zuo)右,几毫(hao)欧的也有(you)。


MOS在(zai)导(dao)通(tong)(tong)和(he)截止(zhi)的(de)(de)时分,一定不是(shi)在(zai)霎时完(wan)成的(de)(de)。MOS两(liang)端(duan)的(de)(de)电(dian)(dian)压有一个降落(luo)的(de)(de)过(guo)程,流过(guo)的(de)(de)电(dian)(dian)流有一个上(shang)升(sheng)的(de)(de)过(guo)程,在(zai)这段时间内,MOS管的(de)(de)损(sun)失是(shi)电(dian)(dian)压和(he)电(dian)(dian)流的(de)(de)乘积,叫(jiao)做开(kai)关(guan)损(sun)失。通(tong)(tong)常开(kai)关(guan)损(sun)失比导(dao)通(tong)(tong)损(sun)失大得多(duo),而且开(kai)关(guan)频(pin)率越(yue)快(kuai),损(sun)失也(ye)越(yue)大。


下图(tu)是MOS管导通时(shi)的(de)波形(xing)。能(neng)(neng)够(gou)看出,导通霎时(shi)电压和电流的(de)乘积很(hen)大,形(xing)成的(de)损(sun)失(shi)也就很(hen)大。降低开(kai)(kai)关时(shi)间,能(neng)(neng)够(gou)减(jian)小每次(ci)导通时(shi)的(de)损(sun)失(shi);降低开(kai)(kai)关频率,能(neng)(neng)够(gou)减(jian)小单位时(shi)间内的(de)开(kai)(kai)关次(ci)数。这(zhei)两种方法(fa)都能(neng)(neng)够(gou)减(jian)小开(kai)(kai)关损(sun)失(shi)。

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5、MOS管应用电路

MOS管最显(xian)著的特(te)性是开(kai)关特(te)性好,所(suo)以被普遍应(ying)用在需求(qiu)电子开(kai)关的电路中,常见(jian)的如(ru)开(kai)关电源和马达驱动,也有照明调光。这(zhei)三种应(ying)用在各个范畴(chou)都有细(xi)致的引见(jian),这(zhei)里(li)就不(bu)多写(xie)了。

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