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在使用MOS管设计(ji)(ji)开(kai)关(guan)电源(yuan)或者马达驱动电路的(de)(de)时(shi)候，大部分(fen)人都会考(kao)虑MOS的(de)(de)导通电阻，最大电压等(deng)，最大电流(liu)等(deng)，也(ye)有很多人仅仅考(kao)虑这(zhei)些因素。这(zhei)样(yang)的(de)(de)电路也(ye)许(xu)是可以工(gong)作的(de)(de)，但(dan)并不是优秀的(de)(de)，作为正式的(de)(de)产(chan)品(pin)设计(ji)(ji)也(ye)是不允许(xu)的(de)(de)。

1、MOS管种类和结构

MOSFET管是FET的一种(zhong)(另一种(zhong)是JFET)，可以被制造成增强型(xing)(xing)或耗尽(jin)型(xing)(xing)，P沟(gou)道(dao)(dao)或N沟(gou)道(dao)(dao)共4种(zhong)类(lei)型(xing)(xing)，但实际应用(yong)的只有增强型(xing)(xing)的N沟(gou)道(dao)(dao)MOS管和增强型(xing)(xing)的P沟(gou)道(dao)(dao)MOS管，所以通常提(ti)到(dao)NMOS，或者PMOS指的就(jiu)是这两种(zhong)。

至于为什么(me)不使(shi)用耗(hao)尽(jin)型(xing)的MOS管，不建议刨根问底。

对于这两种增强型MOS管，比较(jiao)常用(yong)的(de)是NMOS。原因是导通电阻小，且容易制造。所以(yi)开关(guan)电源和马达(da)驱(qu)动的(de)应(ying)用(yong)中(zhong)(zhong)，一般都用(yong)NMOS。下面的(de)介(jie)绍中(zhong)(zhong)，也多以(yi)NMOS为主。

MOS管的(de)(de)三个(ge)管脚之间有(you)寄生电容存(cun)在，这不是我们需要(yao)的(de)(de)，而是由于(yu)制(zhi)造(zao)工艺限制(zhi)产生的(de)(de)。寄生电容的(de)(de)存(cun)在使得在设计或选择驱动电路的(de)(de)时候要(yao)麻(ma)烦一些，但没有(you)办法避免，后边(bian)再详细介绍。

在MOS管(guan)原理图(tu)上可以看到，漏极(ji)和源极(ji)之间有一个寄生(sheng)二极(ji)管(guan)。这个叫体二极(ji)管(guan)，在驱动(dong)感性(xing)负载(如马达)，这个二极(ji)管(guan)很(hen)重要。顺便说(shuo)一句，体二极(ji)管(guan)只在单个的MOS管(guan)中存在，在集成(cheng)电路芯片内部通常是没有的。

2、MOS管导通特性

导(dao)通的意思是作为(wei)开关(guan)，相当于开关(guan)闭合。

NMOS的(de)特性，Vgs大(da)于一定的(de)值就会导通(tong)，适合用于源极接地时的(de)情况(低端(duan)驱动)，只(zhi)要栅极电(dian)压达(da)到4V或10V就可以了。

PMOS的特性，Vgs小于一定的值就(jiu)会导通，适合用(yong)于源极接VCC时的情(qing)况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可(ke)以很方便地用(yong)作高端驱动，但由于导通电阻大，价格(ge)贵，替换种类少等原因(yin)，在高端驱动中，通常还是使(shi)用(yong)NMOS。

3、MOS开关管损失

不(bu)管是NMOS还是PMOS，导通(tong)(tong)后都有(you)导通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)存在(zai)(zai)(zai)(zai)，这样电(dian)流就会(hui)在(zai)(zai)(zai)(zai)这个电(dian)阻(zu)上消耗(hao)(hao)能量，这部(bu)分消耗(hao)(hao)的能量叫做导通(tong)(tong)损耗(hao)(hao)。选择导通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)小的MOS管会(hui)减小导通(tong)(tong)损耗(hao)(hao)。现在(zai)(zai)(zai)(zai)的小功(gong)率MOS管导通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)一般(ban)在(zai)(zai)(zai)(zai)几十毫欧左(zuo)右，几毫欧的也有(you)。

MOS在(zai)导通和截(jie)止的(de)时(shi)候，一(yi)定(ding)不是(shi)在(zai)瞬(shun)间完(wan)成的(de)。MOS两(liang)端的(de)电压(ya)有一(yi)个下(xia)降的(de)过程，流过的(de)电流有一(yi)个上(shang)升的(de)过程，在(zai)这段时(shi)间内，MOS管(guan)的(de)损(sun)失(shi)是(shi)电压(ya)和电流的(de)乘积，叫做开关损(sun)失(shi)。通常开关损(sun)失(shi)比导通损(sun)失(shi)大得多，而(er)且开关频(pin)率越快，损(sun)失(shi)也越大。

导(dao)通瞬间电压(ya)和电流(liu)的乘积很大(da)，造成的损(sun)失(shi)也就很大(da)。缩短开关时间，可(ke)(ke)以(yi)减(jian)小每次(ci)(ci)导(dao)通时的损(sun)失(shi);降低开关频率，可(ke)(ke)以(yi)减(jian)小单位时间内的开关次(ci)(ci)数。这两种(zhong)办法都可(ke)(ke)以(yi)减(jian)小开关损(sun)失(shi)。

4、MOS管驱动

跟双极性晶体管(guan)相比，一般认为使MOS管(guan)导通不需要(yao)电流(liu)，只要(yao)GS电压高(gao)于(yu)一定的值，就可以了。这个很(hen)容(rong)易做到，但(dan)是，我(wo)们(men)还需要(yao)速度。

在(zai)MOS管的(de)结构中可(ke)以(yi)看到，在(zai)GS，GD之间(jian)(jian)存(cun)在(zai)寄生电(dian)(dian)(dian)容，而MOS管的(de)驱动，实(shi)际上就是对(dui)(dui)电(dian)(dian)(dian)容的(de)充(chong)(chong)放电(dian)(dian)(dian)。对(dui)(dui)电(dian)(dian)(dian)容的(de)充(chong)(chong)电(dian)(dian)(dian)需要(yao)一(yi)个电(dian)(dian)(dian)流，因为对(dui)(dui)电(dian)(dian)(dian)容充(chong)(chong)电(dian)(dian)(dian)瞬(shun)间(jian)(jian)可(ke)以(yi)把(ba)电(dian)(dian)(dian)容看成短(duan)路，所以(yi)瞬(shun)间(jian)(jian)电(dian)(dian)(dian)流会比较大(da)。选择/设(she)计MOS管驱动时(shi)第(di)一(yi)要(yao)注(zhu)意的(de)是可(ke)提供瞬(shun)间(jian)(jian)短(duan)路电(dian)(dian)(dian)流的(de)大(da)小。

第(di)二注意的是，普遍用于(yu)高端驱(qu)动的NMOS，导通时需要(yao)是栅极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)大于(yu)源极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)。而高端驱(qu)动的MOS管(guan)导通时源极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)与(yu)漏极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)(VCC)相同，所以这时栅极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)要(yao)比VCC大4V或10V。如果(guo)在同一个系统里，要(yao)得到比VCC大的电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，就要(yao)专门的升(sheng)压(ya)(ya)(ya)电(dian)(dian)(dian)(dian)路了。很多马达驱(qu)动器(qi)都集成了电(dian)(dian)(dian)(dian)荷泵，要(yao)注意的是应该(gai)选择(ze)合适的外(wai)接电(dian)(dian)(dian)(dian)容，以得到足够的短路电(dian)(dian)(dian)(dian)流去驱(qu)动MOS管(guan)。

上边说的4V或10V是常用的MOS管的导(dao)(dao)通电压，设计时当然需(xu)要有一定的余量。而且电压越(yue)高，导(dao)(dao)通速度越(yue)快，导(dao)(dao)通电阻(zu)也越(yue)小。现在也有导(dao)(dao)通电压更小的MOS管用在不同(tong)的领(ling)域里，但在12V汽车电子系统(tong)里，一般4V导(dao)(dao)通就够用了(le)。

5、MOS管应用电路

MOS管最(zui)显著的(de)(de)特(te)性是开(kai)关特(te)性好，所以被广(guang)泛应用(yong)在需要(yao)电(dian)(dian)子开(kai)关的(de)(de)电(dian)(dian)路中，常见的(de)(de)如开(kai)关电(dian)(dian)源(yuan)和马达驱动，也有照明调光。

五种常用开关电源MOSFET驱动电路解析

在使(shi)用(yong)MOSFET设计开关(guan)电(dian)源时，大部(bu)分人都(dou)会(hui)考(kao)(kao)虑(lv)MOSFET的(de)(de)导通电(dian)阻、最大电(dian)压、最大电(dian)流。但很多(duo)时候也(ye)仅仅考(kao)(kao)虑(lv)了这些因素，这样的(de)(de)电(dian)路(lu)也(ye)许可以正常工作，但并不是一个好的(de)(de)设计方案。更细致的(de)(de)，MOSFET还应考(kao)(kao)虑(lv)本身寄生(sheng)的(de)(de)参数。对(dui)一个确定(ding)的(de)(de)MOSFET，其驱(qu)动(dong)(dong)电(dian)路(lu)，驱(qu)动(dong)(dong)脚输出(chu)的(de)(de)峰(feng)值电(dian)流，上升速率(lv)等，都(dou)会(hui)影(ying)响MOSFET的(de)(de)开关(guan)性能。

当(dang)电(dian)源IC与MOS管选(xuan)(xuan)定之后， 选(xuan)(xuan)择合适的驱动电(dian)路(lu)来(lai)连接电(dian)源IC与MOS管就显得尤其重要了。

一个好的MOSFET驱动电路有以下几点要求：

(1)开(kai)关管开(kai)通瞬(shun)时，驱动电(dian)路应能提供足够大的充(chong)电(dian)电(dian)流使MOSFET栅源极间电(dian)压(ya)迅速上升到(dao)所需(xu)值，保证(zheng)开(kai)关管能快速开(kai)通且(qie)不(bu)存(cun)在(zai)上升沿的高频振荡。

(2)开关导通期间驱动电路(lu)能保(bao)证MOSFET栅源极间电压(ya)保(bao)持稳(wen)定且可靠导通。

(3)关断(duan)瞬间驱动电(dian)路能提供一个尽可能低阻抗(kang)的通路供MOSFET栅(zha)源极间电(dian)容(rong)电(dian)压的快(kuai)速(su)泄放，保证开关管(guan)能快(kuai)速(su)关断(duan)。

(4)驱动电路结(jie)构(gou)简单可靠、损(sun)耗小(xiao)。

(5)根据情况施加(jia)隔离(li)。

下面介(jie)绍几(ji)个模块电源中常用的MOSFET驱(qu)动电路(lu)。

1：电源IC直接驱动MOSFET

图 1 IC直接驱动MOSFET

电(dian)源IC直接(jie)驱(qu)动(dong)(dong)是(shi)我们最(zui)常用的(de)(de)(de)(de)驱(qu)动(dong)(dong)方(fang)式，同时也是(shi)最(zui)简(jian)单的(de)(de)(de)(de)驱(qu)动(dong)(dong)方(fang)式，使用这种驱(qu)动(dong)(dong)方(fang)式，应(ying)该注(zhu)意(yi)几个(ge)参(can)数(shu)以(yi)及这些参(can)数(shu)的(de)(de)(de)(de)影响(xiang)(xiang)。第一(yi)，查看一(yi)下电(dian)源IC手册，其最(zui)大驱(qu)动(dong)(dong)峰值电(dian)流，因为不(bu)同芯片，驱(qu)动(dong)(dong)能(neng)(neng)力很多(duo)时候是(shi)不(bu)一(yi)样(yang)的(de)(de)(de)(de)。第二，了解一(yi)下MOSFET的(de)(de)(de)(de)寄(ji)生电(dian)容(rong)，如(ru)图 1中C1、C2的(de)(de)(de)(de)值。如(ru)果(guo)C1、C2的(de)(de)(de)(de)值比较大，MOS管(guan)导(dao)通(tong)的(de)(de)(de)(de)需要的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量就比较大，如(ru)果(guo)电(dian)源IC没有比较大的(de)(de)(de)(de)驱(qu)动(dong)(dong)峰值电(dian)流，那(nei)么管(guan)子(zi)导(dao)通(tong)的(de)(de)(de)(de)速度(du)就比较慢。如(ru)果(guo)驱(qu)动(dong)(dong)能(neng)(neng)力不(bu)足，上(shang)升沿可(ke)能(neng)(neng)出现(xian)高频(pin)振荡，即使把图 1中Rg减小(xiao)，也不(bu)能(neng)(neng)解决(jue)问(wen)题! IC驱(qu)动(dong)(dong)能(neng)(neng)力、MOS寄(ji)生电(dian)容(rong)大小(xiao)、MOS管(guan)开关(guan)速度(du)等因素(su)，都影响(xiang)(xiang)驱(qu)动(dong)(dong)电(dian)阻阻值的(de)(de)(de)(de)选择，所以(yi)Rg并不(bu)能(neng)(neng)无(wu)限减小(xiao)。

2：电源IC驱动能力不足时

如果(guo)选择MOS管寄生(sheng)电容比(bi)较大，电源IC内(nei)部的驱动(dong)能(neng)力又不足时，需要(yao)在驱动(dong)电路(lu)上增强驱动(dong)能(neng)力，常使用(yong)图腾柱(zhu)电路(lu)增加电源IC驱动(dong)能(neng)力，其电路(lu)如图 2虚线框所示。

图 2 图腾柱驱动(dong)MOS

这(zhei)种(zhong)驱动电(dian)(dian)路作用在于(yu)(yu)，提升(sheng)电(dian)(dian)流提供能力，迅速(su)完成对于(yu)(yu)栅(zha)极输入(ru)电(dian)(dian)容电(dian)(dian)荷的充电(dian)(dian)过(guo)程。这(zhei)种(zhong)拓(tuo)扑增加(jia)了导通所需(xu)要的时间，但是减少了关(guan)断时间，开关(guan)管能快速(su)开通且避免上升(sheng)沿的高频振荡。

3：驱动电路加速MOS管关断时间

图 3 加(jia)速MOS关(guan)断

关(guan)(guan)(guan)断(duan)瞬间(jian)驱(qu)动电路能提供一(yi)个尽可能低(di)阻(zu)抗的(de)通(tong)路供MOSFET栅源(yuan)极(ji)间(jian)电容电压(ya)快(kuai)(kuai)(kuai)速泄放(fang)，保证开关(guan)(guan)(guan)管能快(kuai)(kuai)(kuai)速关(guan)(guan)(guan)断(duan)。为使栅源(yuan)极(ji)间(jian)电容电压(ya)的(de)快(kuai)(kuai)(kuai)速泄放(fang)，常(chang)在驱(qu)动电阻(zu)上(shang)并(bing)联(lian)一(yi)个电阻(zu)和(he)一(yi)个二(er)极(ji)管，如图 3所(suo)示，其(qi)中D1常(chang)用的(de)是快(kuai)(kuai)(kuai)恢复二(er)极(ji)管。这使关(guan)(guan)(guan)断(duan)时间(jian)减小(xiao)，同(tong)时减小(xiao)关(guan)(guan)(guan)断(duan)时的(de)损(sun)耗。Rg2是防止(zhi)关(guan)(guan)(guan)断(duan)的(de)时电流过大，把电源(yuan)IC给烧掉。

图 4 改进型加速(su)MOS关断

在第二点介(jie)绍的(de)(de)图(tu)腾柱电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)也有加快关断作用(yong)。当(dang)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)IC的(de)(de)驱动(dong)能力足够(gou)时(shi)，对(dui)图(tu) 2中电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)改进可以加速(su)MOS管关断时(shi)间(jian)，得到(dao)如图(tu) 4所示电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)。用(yong)三极(ji)(ji)管来泄放(fang)栅源(yuan)极(ji)(ji)间(jian)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压是比(bi)较(jiao)常见的(de)(de)。如果Q1的(de)(de)发射(she)极(ji)(ji)没(mei)有电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻，当(dang)PNP三极(ji)(ji)管导通时(shi)，栅源(yuan)极(ji)(ji)间(jian)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容短接，达到(dao)最短时(shi)间(jian)内把电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷放(fang)完(wan)，最大限度减小关断时(shi)的(de)(de)交叉损耗。与图(tu) 3拓(tuo)扑相比(bi)较(jiao)，还有一个(ge)好(hao)处，就是栅源(yuan)极(ji)(ji)间(jian)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容上的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷泄放(fang)时(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流不经过电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)IC，提(ti)高(gao)了可靠性。

4：驱动电路加速MOS管关断时间

图 5 隔离驱动

为了(le)满(man)足如(ru)图 5所示(shi)高端MOS管的(de)驱(qu)动(dong)，经常会采用变压器(qi)驱(qu)动(dong)，有(you)时为了(le)满(man)足安全(quan)隔(ge)离(li)也使(shi)用变压器(qi)驱(qu)动(dong)。其(qi)中R1目(mu)的(de)是抑制PCB板上寄生的(de)电感与C1形成LC振荡，C1的(de)目(mu)的(de)是隔(ge)开直流，通过(guo)交流，同时也能(neng)防止磁芯饱(bao)和。

5：当源极输出为高电压时的驱动

当源极输出(chu)为高电(dian)(dian)压(ya)的(de)情况时，我们需要采用偏(pian)(pian)置(zhi)电(dian)(dian)路(lu)达到电(dian)(dian)路(lu)工作的(de)目的(de)，既我们以(yi)源极为参考点，搭建(jian)偏(pian)(pian)置(zhi)电(dian)(dian)路(lu)，驱(qu)动(dong)(dong)电(dian)(dian)压(ya)在两(liang)个电(dian)(dian)压(ya)之间波(bo)动(dong)(dong)，驱(qu)动(dong)(dong)电(dian)(dian)压(ya)偏(pian)(pian)差(cha)由低电(dian)(dian)压(ya)提供(gong)，如(ru)下图6所示。

图6 源极输出(chu)为高电压(ya)时的驱动电路(lu)

除了以上驱动(dong)电路(lu)之外，还有很多(duo)其它形(xing)式(shi)的驱动(dong)电路(lu)。对(dui)于各种各样的驱动(dong)电路(lu)并没有一种驱动(dong)电路(lu)是最好的，只有结合具(ju)体应用，选择最合适(shi)的驱动(dong)。

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