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MOS管開關電路知識-詳解MOS管在開關電路中的使用-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2020-06-18 

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MOS管開關電路知識-詳解MOS管在開關電路中的使用

MOS管開關電路是利用MOS管柵極(g)控制MOS管源極(s)和漏極(d)通斷的原理構造的電路。因MOS管分為N溝道與P溝道,所以開關電路也主要分為兩種。


一般情況下普遍用于高端驅動的MOS,導通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V.如果在同一個系統里,要得到比VCC大的電壓,就要專門的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵,要注意的是應該選擇合適的外接電容,以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。(所以看手冊,具體分析)


MOS管是電壓驅動,按理說只要柵極電壓到到開啟電壓就能導通DS,柵極串多大電阻均能導通。但如果要求開關頻率較高時,柵對地或VCC可以看做是一個電容,對于一個電容來說,串的電阻越大,柵極達到導通電壓時間越長,MOS處于半導通狀態時間也越長,在半導通狀態內阻較大,發熱也會增大,極易損壞MOS,所以高頻時柵極柵極串的電阻不但要小,一般要加前置驅動電路的。


MOS管也就是常說的場效應管(FET),有結型場效應管、絕緣柵型場效應管(又分為增強型和耗盡型場效應管)。也可以只分成兩類P溝道和N溝道,這里我們就按照P溝道和N溝道分類。對MOS管分類不了解的可以自己上網查一下。


場效應管的作用主要有信號的轉換、控制電路的通斷,這里我們講解的是MOS管作為開關管的使用。對于MOS管的選型,注意4個參數:漏源電壓(D、S兩端承受的電壓)、工作電流(經過MOS管的電路)、開啟電壓(讓MOS管導通的G、S電壓)、工作頻率(最大的開關頻率)。下面我們看一下MOS管的引腳,如下圖所示:    

MOS管,MOS管開關電路


有3個引腳,分別為G(柵極)、S(源極)、D(漏極)。在開關電路中,D和S相當于需要接通的電路兩端,G為開關控制。這里給大家分享一個自己的分辨P溝道和N溝道的方法,我們就看中間的箭頭,把G(柵極)連接的部分當做溝道,大家都知道PN結,而不是NP結,那么就是P指向N的,所以腦海里想到這樣的情景 P-->N,所以箭頭都是P-->N的,那么中間的箭頭指向的就是N,如果指向溝道那就是N溝道,如果指向的是S(沒有指向溝道),那就是P溝道。這個方法也適用于三極管的判別(NPN、PNP)。


在上圖中我們可以看到右邊都有一個寄生二極管,起到保護的作用。那么根據二極管的單向導電性我們也能知道在電路連接中,D和S應該如何連接。使用有寄生二極管的N溝道MOS管的情況下,D的電壓要高于S的電壓,否則MOS管無法正常工作(二極管導通)。使用有寄生二極管的P溝道MOS管,S的電壓要高于D的電壓,原因同上。


下面是MOS管的導通條件,只要記住電壓方向與中間箭頭方向相反即為導通(當然這個相反電壓需要達到MOS管的開啟電壓)。比如導通電壓為3V的N溝道MOS管,只要G的電壓比S的電壓高3V即可導通(D的電壓也要比S的高)。同理,導通電壓為3V的P溝道MOS管,只要G的電壓比S的電壓低3V即可導通(S的電壓比D的高)。在電路中的典型應用如下圖所示,分別為N溝道與P溝道的MOS管驅動電路:                

MOS管,MOS管開關電路

MOS管,MOS管開關電路


我們可以看到,N溝道的MOS管的電路中,BEEP引腳為高電平即可導通,蜂鳴器發出聲音,低電平關閉蜂鳴器;P溝道的MOS管是用來控制GPS模塊的電源通斷,GPS_PWR引腳為低電平時導通,GPS模塊正常供電,高電平時GPS模塊斷電。

以上兩個應用電路中,N溝道和P溝道MOS管不能互相替代,如下兩個應用電路不能正常工作:

MOS管,MOS管開關電路

MOS管,MOS管開關電路


MOS開關電路管損失

不管是NMOS還是PMOS,導通后都有導通電阻存在,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗。現在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。


MOS在導通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程,流過的電流有一個上升的過程,在這段時間內,MOS管的損失是電壓和電流的乘積,叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多,而且開關頻率越快,損失也越大。


導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大。縮短開關時間,可以減小每次導通時的損失;降低開關頻率,可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。


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