下面是我對MOSFET及MOSFET驅動電路基礎的一點總結,其中參考了一些資料,非所有原創(chuàng)。包含 MOS管的推選 ,特征,驅動以及運用 電路?!?br /> 在運用 MOS管設計開關電源或者馬達驅動電路的時候,大部分人都會思慮 MOS的導通電阻,最大電壓等,最大電流等,也有許多人僅僅思慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的,但并不是優(yōu)秀的,作為正式的產(chǎn)品設計也是不準許的。
1、MOS管種類和結構
MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),可以被制造成增強型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但實際運用 的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是這兩種。右圖是這兩種MOS管的符號。
至于為什么不運用耗盡型的MOS管,不建議刨根問底。
對于這兩種增強型MOS管,比較常用的是NMOS。原由是導通電阻小且基本 制造。所以開關電源和馬達驅動的運用 中,通常都用NMOS。下面的推選 中,也多以NMOS為主。
在MOS管原理圖上可以看到,漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管,在驅動感性負載(如馬達),這個二極管很主要。順便說一句,體二極管只在單個的MOS管中存在,在集成電路芯片內部通常是沒有的。下圖是MOS管的構造圖,通常的原理圖中都畫成右圖所示的樣子?!?(柵極保衛(wèi)用二極管有時不畫)
MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在,如右圖所示。這不是咱們須要的,而是由于制造工藝限定產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設計或挑選驅動電路的時候要麻煩一些,但沒有方法防止,在MOS管的驅動電路設計時再細致推選 。
2、MOS管導通特征
導通的意思是作為開關,相當于開關上合。
NMOS的特征,Vgs大于必須的值就會導通,適合用于源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。
PMOS的特征,Vgs小于必須的值就會導通,運用與源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由于導通電阻大,價錢貴,替換種類少等原由,在高端驅動中,通常還是運用 NMOS。[!--empirenews.page--]
右圖是瑞薩2SK3418的Vgs電壓和Vds電壓的聯(lián)系圖??梢钥闯鲂‰娏鲿r,Vgs達到4V,DS間壓降已經(jīng)很小,可以認為導通。
3、MOS開關管耗損
不管是NMOS還是PMOS,導通后都有導通電阻存在,因而在DS間流過電流的同時,兩端還會有電壓(如2SK3418特征圖所示),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。挑選導通電阻小的MOS管會減小導通損耗?,F(xiàn)在的小功率MOS管導通電阻通常在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。
MOS在導通和截止的時候,必須不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個降低的流程,流過的電流有一個上升的流程,在這段時間內,MOS管的耗損是電壓和電流的乘積,叫做開關耗損。通常開關耗損比導通耗損大得多,并且開關頻率越快,耗損也越大。
下圖是MOS管導通時的波形??梢钥闯?,導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的耗損也就很大。降低開關時間,可以減小每次導通時的耗損;降低開關頻率,可以減小單位時間內的開關次數(shù)。這兩種方法都可以減小開關耗損。
4、MOS管驅動
跟雙極性晶體管相比,通常認為使MOS管導通不須要電流,只要GS電壓高于必須的值,就可以了。這個很基本 做到,但是,咱們還須要速度。
在MOS管的結構中可以看到,在GS,GD之間存在寄生電容,而MOS管的驅動,實際上就是對電容的充放電。對電容的充電須要一個電流,因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路,所以瞬間電流會比較大。挑選 /設計MOS管驅動時第一要留心的是可提供瞬間短路電流的大小。
第二留心的是,普遍用于高端驅動的NMOS,導通時須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。假如在同一個系統(tǒng)里,要得到比VCC大的電壓,就要專門的升壓電路了。許多馬達驅動器都集成了電荷泵,要留心的是應該挑選合適的外接電容,以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。
上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導通電壓,設計時當然須要有必須的余量。并且電壓越高,導通速度越快,導通電阻也越小?,F(xiàn)在也有導通電壓更小的MOS管用在不一樣的領域里,但在12V汽車電子系統(tǒng)里,通常 4V導通就夠用了。
MOS管的驅動電路及其耗損,可以參考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。講述得很細致,所以不打算多寫了。
5、MOS管運用 電路
MOS管最顯著的特征是開關特征好,所以被廣泛運用 在須要電子開關的電路中,多見的如開關電源和馬達驅動,也有照明調光。這三種運用 在各個領域都有細致的推選 ,這里暫時不多寫了。以后有時間再總結。