星欧娱乐-创意平台,注册畅享文化之梦!n沟道mos管开关电路-详解n沟道mos管电源开关电路图-KIA MOS管

n沟道mos管开关(guan)电路(lu)-详解(jie)n沟道mos管电源开关(guan)电路(lu)图(tu)-KIA MOS管

信息来源：本站　日期：2018-06-29　

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n沟道mos管开关电路

项目中最常用的为(wei)增强型mos管，分为(wei)N沟(gou)道和P沟(gou)道两种(zhong)。

n沟道mos管开关电路

由于n沟道(dao)mos管(guan)(guan)开关电(dian)路其导(dao)通电(dian)阻小，且容易制造所以项目中(zhong)大部分用(yong)到的(de)是n沟道(dao)mos管(guan)(guan)开关电(dian)路。在MOS管(guan)(guan)原理(li)图上(shang)可以看(kan)到，漏极和(he)源(yuan)极之间有(you)一个寄生二极管(guan)(guan)。寄生二极管(guan)(guan)只在单个的(de)MOS管(guan)(guan)中(zhong)存在，在集(ji)成电(dian)路芯片内部通常(chang)是没(mei)有(you)的(de)。

1.导通特性

PMOS的特性，Vgs小于一定(ding)的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高(gao)端驱动）。但是，虽然PMOS可(ke)以(yi)很(hen)方便地用作高(gao)端驱动，但由(you)于导通电阻大，价格贵，替换(huan)种(zhong)类少等原因，在高(gao)端驱动中，通常(chang)还是NMOS，n沟道mos管开关电路。

n沟道mos管(guan)开关(guan)电(dian)路的特性，Vgs大于(yu)一(yi)定(ding)的值就会导通(tong)，适合(he)用于(yu)源极接地时(shi)的情况(kuang)（低端(duan)驱动），只要栅极电(dian)压达到4V或(huo)10V就可(ke)以了，虽然4V就导通(tong)了，但是为(wei)了完(wan)全导通(tong)电(dian)压在其可(ke)承受(shou)范围应该尽量大一(yi)些(xie)。

2.MOS开关(guan)管损(sun)失(shi)

不(bu)管(guan)是n沟(gou)道mos管(guan)开关(guan)电路还是PMOS，导(dao)(dao)通(tong)(tong)后都(dou)有导(dao)(dao)通(tong)(tong)电阻(zu)存在(zai)，这(zhei)样(yang)电流就会在(zai)这(zhei)个电阻(zu)上消(xiao)耗(hao)能(neng)量，这(zhei)部分消(xiao)耗(hao)的(de)能(neng)量叫(jiao)做导(dao)(dao)通(tong)(tong)损耗(hao)。选(xuan)择导(dao)(dao)通(tong)(tong)电阻(zu)小的(de)MOS管(guan)会减小导(dao)(dao)通(tong)(tong)损耗(hao)。现在(zai)的(de)小功率MOS管(guan)导(dao)(dao)通(tong)(tong)电阻(zu)一般在(zai)几十毫(hao)(hao)欧(ou)左右(you)，几毫(hao)(hao)欧(ou)的(de)也有。

MOS在导(dao)通和截(jie)止的时候(hou)，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电(dian)压(ya)有一个下降的过程(cheng)，流过的电(dian)流有一个上升(sheng)的过程(cheng)，在这段(duan)时间内，MOS管的损(sun)失是电(dian)压(ya)和电(dian)流的乘积，叫做开(kai)关损(sun)失。通常开(kai)关损(sun)失比导(dao)通损(sun)失大得多，而(er)且(qie)开(kai)关频率越高(gao)，损(sun)失也(ye)越大。

导通瞬间(jian)(jian)电(dian)压和电(dian)流的(de)(de)乘(cheng)积很(hen)大(da)，造(zao)成的(de)(de)损(sun)失(shi)也就很(hen)大(da)。缩短开(kai)关(guan)(guan)时(shi)(shi)间(jian)(jian)，可(ke)以(yi)减小每次导通时(shi)(shi)的(de)(de)损(sun)失(shi)；降低开(kai)关(guan)(guan)频(pin)率(lv)，可(ke)以(yi)减小单位(wei)时(shi)(shi)间(jian)(jian)内的(de)(de)开(kai)关(guan)(guan)次数。这(zhei)两种办法都可(ke)以(yi)减小开(kai)关(guan)(guan)损(sun)失(shi)。

3.MOS管驱动

跟双(shuang)极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要(yao)电流(liu)，只要(yao)GS电压高于一定(ding)的值，就可以了。这(zhei)个很容易做到，但是，我们还(hai)需要(yao)速(su)度。

在(zai)MOS管(guan)的结构中可以(yi)看(kan)到(dao)，在(zai)GS，GD之间(jian)存在(zai)寄生电(dian)(dian)容，而MOS管(guan)的驱动，实际上就是对电(dian)(dian)容的充放电(dian)(dian)。对电(dian)(dian)容的充电(dian)(dian)需(xu)要一个电(dian)(dian)流，因为对电(dian)(dian)容充电(dian)(dian)瞬(shun)间(jian)可以(yi)把电(dian)(dian)容看(kan)成短路，所(suo)以(yi)瞬(shun)间(jian)电(dian)(dian)流会比较大(da)。选择/设计(ji)MOS管(guan)驱动时第一要注意的是可提(ti)供瞬(shun)间(jian)短路电(dian)(dian)流的大(da)小。

第二(er)注(zhu)意的是(shi)，普(pu)遍用于高(gao)端驱动(dong)的n沟道mos管(guan)开(kai)关电(dian)路(lu)，导通时(shi)需要(yao)是(shi)栅极(ji)(ji)电(dian)压大于源(yuan)极(ji)(ji)电(dian)压。而高(gao)端驱动(dong)的MOS管(guan)导通时(shi)源(yuan)极(ji)(ji)电(dian)压与漏极(ji)(ji)电(dian)压（VCC）相(xiang)同，所以这时(shi)栅极(ji)(ji)电(dian)压要(yao)比VCC大4V或10V。如果在(zai)同一个系统里，要(yao)得到(dao)比VCC大的电(dian)压，就要(yao)专(zhuan)门的升压电(dian)路(lu)了。很多马达驱动(dong)器都(dou)集成了电(dian)荷泵，要(yao)注(zhu)意的是(shi)应该选择合适的外接电(dian)容，以得到(dao)足够的短路(lu)电(dian)流去驱动(dong)MOS管(guan)。

由(you)于(yu)具有较低的(de)导通(tong)(tong)电(dian)阻（RDS(on)）和(he)较小尺(chi)寸(cun)，N沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)MOSFET在(zai)(zai)产(chan)品(pin)选择上超过了(le)P沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)。在(zai)(zai)降压稳压器应用(yong)中，基于(yu)栅控(kong)电(dian)压极性、器件(jian)尺(chi)寸(cun)和(he)串(chuan)联电(dian)阻等多(duo)种因(yin)素，使用(yong)P沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)MOSFET或N沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)MOSFET作为主(zhu)开(kai)关(guan)。同(tong)步(bu)整流(liu)器应用(yong)几(ji)乎总(zong)是(shi)使用(yong)N沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)技术，这主(zhu)要是(shi)因(yin)为N沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)的(de)RDS(on)小于(yu)P沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)的(de)，并且通(tong)(tong)过在(zai)(zai)栅极上施加(jia)正电(dian)压导通(tong)(tong)。

MOSFET多数(shu)是(shi)载流(liu)子器件， N沟(gou)(gou)道(dao)MOSFET在导(dao)(dao)电(dian)过程中有电(dian)子流(liu)动。 P沟(gou)(gou)道(dao)在导(dao)(dao)电(dian)期间(jian)使用(yong)被(bei)称(cheng)为空(kong)穴的(de)(de)正电(dian)荷。电(dian)子的(de)(de)流(liu)动性(xing)是(shi)空(kong)穴的(de)(de)三倍(bei)。尽管没有直接的(de)(de)相关性(xing)，就RDS(on)而言，为得到相等的(de)(de)值，P沟(gou)(gou)道(dao)的(de)(de)管芯(xin)尺(chi)(chi)寸(cun)大约是(shi)N沟(gou)(gou)道(dao)的(de)(de)三倍(bei)。因此N沟(gou)(gou)道(dao)的(de)(de)管芯(xin)尺(chi)(chi)寸(cun)更小。

n沟道(dao)mos管开关电(dian)(dian)路N沟道(dao)MOSFET在栅(zha)-源(yuan)极(ji)端子上施(shi)加适当阈值(zhi)的(de)正电(dian)(dian)压(ya)时导通(tong)(tong)；P沟道(dao)MOSFET通(tong)(tong)过施(shi)加给定的(de)负的(de)栅(zha)-源(yuan)极(ji)电(dian)(dian)压(ya)导通(tong)(tong)。

MOSFET的(de)(de)栅控决(jue)定了它(ta)们在(zai)SMPS转换(huan)器(qi)(qi)中的(de)(de)应用(yong)(yong)(yong)。例如，N沟(gou)道(dao)MOSFET更适用(yong)(yong)(yong)于(yu)以地(di)为参考的(de)(de)低侧(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)开关，特别(bie)是用(yong)(yong)(yong)于(yu)升压(ya)(ya)(ya)、SEPIC、正向和隔离反激(ji)式(shi)转换(huan)器(qi)(qi)。在(zai)同(tong)步(bu)整流器(qi)(qi)应用(yong)(yong)(yong)以及(ji)以太网供电(dian)(dian)（PoE）输入整流器(qi)(qi)中，低侧(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)开关也(ye)被用(yong)(yong)(yong)来(lai)代替二极管(guan)作(zuo)为整流器(qi)(qi)。P沟(gou)道(dao)MOSFET最常用(yong)(yong)(yong)作(zuo)输入电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)低于(yu)15VDC的(de)(de)降(jiang)(jiang)压(ya)(ya)(ya)稳(wen)压(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)中的(de)(de)高侧(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)开关。根(gen)据应用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)不同(tong)，N沟(gou)道(dao)MOSFET也(ye)可(ke)用(yong)(yong)(yong)作(zuo)降(jiang)(jiang)压(ya)(ya)(ya)稳(wen)压(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)高侧(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)开关。这些应用(yong)(yong)(yong)需要自举(ju)电(dian)(dian)路或其它(ta)形式(shi)的(de)(de)高侧(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)驱动器(qi)(qi)。

n沟道mos管开关电路

图1：具有电平移位(wei)器的(de)高侧(ce)驱(qu)动(dong)IC

n沟道mos管开关电路

图(tu)2：用自举(ju)电路对高侧N沟(gou)道(dao)MOSFET进行(xing)栅控

极性决定了n沟道(dao)mos管开关电(dian)路MOSFET的图(tu)形符号(hao)。不同之处在(zai)于体二极管和箭头符号(hao)相对于端子的方向。

n沟道mos管开关电路

图(tu)3：P沟(gou)道(dao)和N沟(gou)道(dao)MOSFET的原理图(tu)

注意体二(er)极(ji)管(guan)和箭头相(xiang)对(dui)漏极(ji)（D）和源极(ji)（S）端(duan)子的(de)方向。

n沟道mos管开(kai)关电路极性和MOSFET工作特(te)性

极性(xing)决定了MOSFET的工作特性(xing)。对N沟道(dao)(dao)器(qi)件为正的电(dian)流(liu)和电(dian)压对P沟道(dao)(dao)器(qi)件为负值(zhi)。

n沟道mos管开关电路

图4：MOSFET第一(yi)象限特征

在有充(chong)足电压施加到栅-源(yuan)极端(duan)子的欧姆区域（ohmic region），n沟道mos管开关电路MOSFET“完全导(dao)通(tong)”。在对比(bi)图中，N沟道欧姆区的VGS是(shi)(shi)7V，而P沟道的是(shi)(shi)-4.5V。

随着栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)压增加(jia)，欧姆曲线的(de)(de)(de)斜率变得更陡(dou)，表明(ming)器件导电(dian)能力更强(qiang)。施加(jia)的(de)(de)(de)栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)压越高，n沟(gou)道(dao)mos管开关电(dian)路MOSFET的(de)(de)(de)RDS(on)就越小。在某些(xie)应用(yong)中(zhong)，对MOSFET进行栅(zha)控的(de)(de)(de)是可以提(ti)供令人满(man)意的(de)(de)(de)RDS(on)的(de)(de)(de)电(dian)压。额外的(de)(de)(de)栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)压会(hui)因?C x Vgs x Vgs x f产生功耗，其中(zhong)栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)荷和开关频率在确定MOSFET技术的(de)(de)(de)最终工作点和选用(yong)方面起着重要作用(yong)。

MOSFET既可(ke)工作(zuo)在(zai)第一象限(xian)，也可(ke)工作(zuo)在(zai)第三象限(xian)。没有施(shi)加栅(zha)-源极(ji)电压(ya)时(shi)，寄生体二(er)极(ji)管导通。当栅(zha)极(ji)没有电压(ya)时(shi)，流(liu)入漏极(ji)的电流(liu)类似(si)于典型的二(er)极(ji)管曲线。

n沟道mos管开关电路

图(tu)5：未栅控N沟道MOSFET工作于(yu)第三象限(xian)的(de)典型特性(xing)

施(shi)加(jia)栅极(ji)电(dian)压时(shi)，根据VGS的(de)值会产生非线性(xing)曲(qu)线。当VGS超过10V时(shi)，n沟道(dao)mos管开关(guan)电(dian)路(lu)完全(quan)在(zai)(zai)第三象限(xian)欧(ou)姆(mu)区(qu)内工作。然而，当栅极(ji)电(dian)压低于(yu)10V时(shi)，二极(ji)管电(dian)压钳位(wei)于(yu)各种漏极(ji)电(dian)流水平。在(zai)(zai)非线性(xing)曲(qu)线中(zhong)见到的(de)弯曲(qu)是二极(ji)管和欧(ou)姆(mu)区(qu)之间的(de)转变点。

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