MOSFET及MOSFET驅(qū)動(dòng)電路根底的一點(diǎn)總結(jié)，其中參考了一些材料。
在運(yùn)用MOS管設(shè)計(jì)開關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)分，大部人都會(huì)思索MOS的導(dǎo)通電阻，最大電壓等，最大電流等，也有很多人僅僅思索這些要素。這樣的電路或許是能夠工作的，但并不是優(yōu)秀的，作為正式的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是不允許的。
1.MOS管種類的結(jié)構(gòu)
MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET)，被制造成增強(qiáng)型或耗盡型，P溝道或N溝道共4品種型，但實(shí)踐應(yīng)用的只要加強(qiáng)型的N溝道MOS管和加強(qiáng)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(hào)
至于為什么不運(yùn)用耗盡型的MOS管，不倡議尋根究底。
關(guān)于這兩種加強(qiáng)型MOS管，比較常用的是NMOS。緣由是導(dǎo)通電阻小且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，普通都用NMOS。下面的引見中，也多以NMOS為主。
在MOS管原理圖上能夠看到，漏極和源極，之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)理性負(fù)載，這個(gè)二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個(gè)的MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。下圖是MOS管的結(jié)構(gòu)圖，通常的原理圖中都畫成右圖所示的樣子。 (柵極維護(hù)用二極管有時(shí)不畫)
MOS管的三個(gè)管腳之間有寄生電容存在，如右圖所示。這不是我們需求的，而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)分要費(fèi)事一些，但沒有方法防止，在MOS管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)再細(xì)致引見。
2.MOS管驅(qū)動(dòng)
跟雙極性晶體管相比，普通以為使MOS管導(dǎo)通不需求電流，只需GS電壓高于一定的值，就能夠了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需求速度。
在MOS管的構(gòu)造中能夠看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)踐上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電需求一個(gè)電流，由于對(duì)電容充電霎時(shí)能夠把電容看成短路，所以霎時(shí)電流會(huì)比擬大。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要留意的是可提供霎時(shí)短路電流的大小。
第二留意的是，普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS，導(dǎo)通時(shí)需求是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。假如在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要特地的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要留意的是應(yīng)該選擇適宜的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管。
上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需求有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小。如今也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的范疇里，但在12V汽車電子系統(tǒng)里，普通4V導(dǎo)通就夠用了。
MOS管的驅(qū)動(dòng)電路及其損失，能夠參考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFET。講述得很細(xì)致，所以不打算多寫了。
3、MOS管導(dǎo)通特性
導(dǎo)通的意義是作為開關(guān)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，合適用于源極接地時(shí)的狀況(低端驅(qū)動(dòng))，只需柵極電壓到達(dá)4V或10V就能夠了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，運(yùn)用與源極接VCC時(shí)的狀況(高端驅(qū)動(dòng))。但是，固然PMOS能夠很便當(dāng)?shù)赜米鞲叨蓑?qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)錢貴，交換品種少等緣由，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是運(yùn)用NMOS。
右圖是瑞薩2SK3418的Vgs電壓和Vds電壓的關(guān)系圖。能夠看出小電流時(shí)，Vgs到達(dá)4V，DS間壓降曾經(jīng)很小，能夠認(rèn)為導(dǎo)通。
4、MOS開關(guān)管損失
不論是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，因此在DS間流過電流的同時(shí)，兩端還會(huì)有電壓(如2SK3418特性圖所示)，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上耗費(fèi)能量，這局部耗費(fèi)的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會(huì)減小導(dǎo)通損耗。如今的小功率MOS管導(dǎo)通電阻普通在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。
MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)分，一定不是在霎時(shí)完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)降落的過程，流過的電流有一個(gè)上升的過程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開關(guān)頻率越快，損失也越大。
下圖是MOS管導(dǎo)通時(shí)的波形。能夠看出，導(dǎo)通霎時(shí)電壓和電流的乘積很大，形成的損失也就很大。降低開關(guān)時(shí)間，能夠減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失;降低開關(guān)頻率，能夠減小單位時(shí)間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種方法都能夠減小開關(guān)損失。
5、MOS管應(yīng)用電路
MOS管最顯著的特性是開關(guān)特性好，所以被普遍應(yīng)用在需求電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也有照明調(diào)光。這三種應(yīng)用在各個(gè)范疇都有細(xì)致的引見，這里就不多寫了。
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