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MOSFET管驱动电路根本总结_导通_电压

神尊大人 2025-01-19 20:47:13 0

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在利用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些成分。
这样的电路大概是可以事情的,但并不是精良的,作为正式的产品设计也是不许可的。

1、MOS管种类和构造

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MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际运用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,以是常日提到NMOS,或者PMOS指的便是这两种。
右图是这两种MOS管的符号。

至于为什么不该用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。

对付这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。
缘故原由是导通电阻小且随意马虎制造。
以是开关电源和马达驱动的运用中,一样平常都用NMOS。
下面的先容中,也多以NMOS为主。

在MOS管事理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。
这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很主要。
顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部常日是没有的。
下图是MOS管的布局图,常日的事理图中都画成右图所示的样子。
(栅极保护用二极管有时不画)

17.jpg809x278 31.5 KB

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,如右图所示。
这不是我们须要的,而是由于制造工艺限定产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,在MOS管的驱动电路设计时再详细先容。

2、MOS管导通特性

导通的意思是作为开关,相称于开关闭合。

NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适宜用于源极接地时的情形(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,利用与源极接VCC时的情形(高端驱动)。
但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,更换种类少等缘故原由,在高端驱动中,常日还是利用NMOS。

右图是瑞萨2SK3418的Vgs电压和Vds电压的关系图。
可以看出小电流时,Vgs达到4V,DS间压降已经很小,可以认为导通。

3、MOS开关管丢失

不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,因而在DS间流过电流的同时,两端还会有电压(如2SK3418特性图所示),这样电流就会在这个电阻上花费能量,这部分花费的能量叫做导通损耗。
选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。
现在的小功率MOS管导通电阻一样平常在几十毫欧旁边,几毫欧的也有。

MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。
MOS两端的电压有一个低落的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段韶光内,MOS管的丢失是电压和电流的乘积,叫做开关丢失。
常日开关丢失比导通丢失大得多,而且开关频率越快,丢失也越大。

下图是MOS管导通时的波形。
可以看出,导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的丢失也就很大。
降落开关韶光,可以减小每次导通时的丢失;降落开关频率,可以减小单位韶光内的开关次数。
这两种办法都可以减小开关丢失。

4、MOS管驱动

跟双极性晶体管比较,一样平常认为使MOS管导通不须要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。
这个很随意马虎做到,但是,我们还须要速率。

在MOS管的构造中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上便是对电容的充放电。
对电容的充电须要一个电流,由于对电容充电瞬间可以把电容算作短路,以是瞬间电流会比较大。
选择/设计MOS管驱动时第一要把稳的是可供应瞬间短路电流的大小。

第二把稳的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时须要是栅极电压大于源极电压。
而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,以是这时栅极电压要比VCC大4V或10V。
如果在同一个别系里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。
很多马达驱动器都集成了电荷泵,要把稳的是该当选择得当的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压,设计时当然须要有一定的余量。
而且电压越高,导通速率越快,导通电阻也越小。
现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里,但在12V汽车电子系统里,一样平常4V导通就够用了。

MOS管的驱动电路及其丢失,可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。
讲述得很详细,以是不打算多写了。

5、MOS管运用电路

MOS管最显著的特性是开关特性好,以是被广泛运用在须要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。
这三种运用在各个领域都有详细的先容

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