MOS管壓降是指當MOS管處于導(dǎo)通(ON)狀態(tài)時,在MOS管上和下游之間存在的電壓差。在導(dǎo)通狀態(tài)下,MOS管將電流從源極傳導(dǎo)到漏極,同時產(chǎn)生電阻。這個電阻產(chǎn)生的電壓降就是MOS管壓降。
MOS管導(dǎo)通壓降不像三極管有個現(xiàn)成的參數(shù),但是其規(guī)格書中有導(dǎo)通電阻Rds(on)這個參數(shù),根據(jù)MOS管的Vgs電壓,對應(yīng)有一定值的Rds(on),然后就通過電流Id*Rds(on)來計算壓降。180nm工藝及以下的制程基本都能達到50mV以下了(IDS=1mA)。
mos管導(dǎo)通壓降受以下幾種因素的影響:
(1) MOS 管的導(dǎo)通電阻:導(dǎo)通電阻是導(dǎo)通狀態(tài)下壓降的主要因素,導(dǎo)通電阻值越大,導(dǎo)通狀態(tài)下的壓降也越大。
(2)導(dǎo)通電流大?。簩?dǎo)通電流的大小直接影響導(dǎo)通時的壓降,導(dǎo)通電流越大,壓降也越大。
(3)溫度變化:溫度的變化會影響 MOS 管的導(dǎo)通電阻,從而對導(dǎo)通狀態(tài)下的壓降產(chǎn)生影響。
mos管導(dǎo)通壓降分析
關(guān)于用于信號控制的MOS管的導(dǎo)通電壓為5v左右,只要導(dǎo)通就行,不需要完全導(dǎo)通,為什么這里導(dǎo)通電壓Vgs只要5v左右,為什么不需要完全導(dǎo)通?
先看一個用于信號控制的小功率N溝道MOS管2N7000,如下圖:
Rds(on)是MOS管導(dǎo)通時,D極和S極之間的內(nèi)生電阻,它的存在會產(chǎn)生壓降,所以越小越好。D極與S極間電流Id最大時完全導(dǎo)通。
在圖中可以看到Vgs=10v完全導(dǎo)通,電阻Rds=5歐左右,電流Id=500mA(最大,完全導(dǎo)通),產(chǎn)生壓降Vds=2.5v。而Vgs=4.5v時,Id=75mA(不是最大,沒完全導(dǎo)通),Rds=5.3歐左右,雖然沒完全導(dǎo)通,但產(chǎn)生的壓降Vds=0.4v最小,比Vgs=10v產(chǎn)生的壓降小得多。
對于信號控制(控制DS極導(dǎo)通接地實現(xiàn)高低平)來說只要電壓,不需要電流,所以只要求MOS管導(dǎo)通時產(chǎn)生的壓降越小越好,可以使D極的電壓直接被拉為接近0v,因此首選Vgs=4.5v左右,而不選10v。
有些用于信號控制的MOS管如2N7002K,Vgs為10V和4.5V時產(chǎn)生的壓降差不多,可以根據(jù)情況選擇10v或者4.5v左右的導(dǎo)通電壓。因此對信號控制來說,原則上是選擇導(dǎo)通時產(chǎn)生的壓降越小越好。
那么對于使用在電源控制方面,既需要電壓也需要電流的大功率MOS管來說,就需要完全導(dǎo)通,那么導(dǎo)通電壓是多少呢?
再來看一個大功率N溝道MOS管AO1428A,如下圖:
從圖中可以看出Vgs為10v和4.5v時,Id為12.4A,都達到最大,都可完全導(dǎo)通。但10v比4.5v的導(dǎo)通電阻小,產(chǎn)生壓降?。ù蠹s差0.7v),并且10v的開關(guān)速度快,損失的能量少,開關(guān)效率高,所以首選10v。
至于P溝道MOS管,跟N溝道的差不多,這時不做解析了,它用在信號控制方面的很少,主要是用在電源控制如AO4425,G極電壓必須低于S極10V以上,也就是Vgs《-10v,才能完全導(dǎo)通(Rds= 9 mΩ左右)。
如下圖:
信號控制使用的MOS管,只要電壓,不需要電流,要求導(dǎo)通時產(chǎn)生的壓降Vds最小,首選Vgs=4.5v左右,對信號控制來說,原則上是選擇導(dǎo)通時產(chǎn)生的壓降越小越好。電源控制使用的MOS管,既要電壓也要電流,要求完全導(dǎo)通,要求Id最大,產(chǎn)生的壓降Vds最小,首選Vgs=10v左右。
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