單NMOS可以設(shè)計(jì)分立式負(fù)載開關(guān)嗎?
以下內(nèi)容中,小編將對(duì)NMOS負(fù)載開關(guān)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行著重介紹和闡述,希望本文能幫您增進(jìn)對(duì)NMOS負(fù)載開關(guān)的了解,和小編一起來看看吧。
一、如何用單NMOS設(shè)計(jì)分立式負(fù)載開關(guān)
1、N溝道高側(cè)負(fù)載開關(guān)
N溝道MOSFET具有比相同尺寸的P溝道器件更低的導(dǎo)通電阻值。但為了獲得較低的電阻值,在使用N溝道MOSFET實(shí)現(xiàn)高側(cè)負(fù)載開關(guān)時(shí),需要高電壓(過驅(qū)動(dòng))來驅(qū)動(dòng)MOSFET的柵極,見 圖2-2 。必須提供高于輸入電壓Vin的電壓用于適當(dāng)?shù)臇艠O驅(qū)動(dòng)(因?yàn)楫?dāng)NMOS導(dǎo)通時(shí),忽略VDS壓降,S點(diǎn)的電位和D點(diǎn)電位相同,均為Vin,要維持NMOS開啟,必須VG-Vin>VGSTHmax),否則MOSFET將不會(huì)完全導(dǎo)通。
圖2-2:帶高電平控制線的N溝道MOSFET高邊負(fù)載開關(guān)
如果沒有足夠高的電壓來驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O,如圖2-3可以使用電荷泵電路來增加施加到MOSFET柵極的驅(qū)動(dòng)電壓。雖然這增加了電路的復(fù)雜性,但N溝道MOSFET的導(dǎo)通電阻較低。但是電荷泵電路將消耗一些功率,因此在系統(tǒng)可能大部分時(shí)間處于待機(jī)模式的關(guān)鍵應(yīng)用中,P通道拓?fù)淇梢愿行А?
圖2-3:帶充電泵控制線的N溝道MOSFET高邊負(fù)載開關(guān)
2、N溝道低側(cè)負(fù)載開關(guān)
在沒有高壓或附加電路的情況下,N溝道MOSFET可以用于低側(cè)負(fù)載開關(guān)。低側(cè)負(fù)載開關(guān)的實(shí)現(xiàn)如圖2-4所示。低側(cè)負(fù)載開關(guān)的缺點(diǎn)是負(fù)載的接地電位略微升高(導(dǎo)通時(shí)MOS也會(huì)占據(jù)一些壓降,但很?。?。特別是當(dāng)負(fù)載與外部組件有通信線路時(shí),需要考慮這一點(diǎn)。
圖2-4:N溝道MOSFET低邊負(fù)載開關(guān)
二、NMOS負(fù)載開關(guān)損耗來源
MOSFET的開關(guān)損耗受多種因素影響,主要包括以下幾個(gè)方面:
1、工作條件
電壓 :開關(guān)電壓越高,開關(guān)損耗越大。
電流 :開關(guān)電流越大,開關(guān)損耗也越大。
溫度 :溫度升高可能會(huì)導(dǎo)致MOSFET的導(dǎo)通電阻增加,從而影響開關(guān)損耗。
2、外部電路
驅(qū)動(dòng)電路 :驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)直接影響MOSFET的開關(guān)速度。驅(qū)動(dòng)電壓越高、驅(qū)動(dòng)電流越大,通常能夠加快MOSFET的開關(guān)速度,但也可能增加驅(qū)動(dòng)損耗。
負(fù)載電路 :負(fù)載電路的特性(如電感、電容等)也會(huì)影響MOSFET的開關(guān)損耗。例如,負(fù)載電感在MOSFET關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),從而增加關(guān)斷損耗。
3、MOSFET本身特性
導(dǎo)通電阻(RDS(on)) :導(dǎo)通電阻越小,導(dǎo)通損耗越小,但也可能影響開關(guān)速度。
開關(guān)速度 :包括開通速度和關(guān)斷速度。開關(guān)速度越快,開關(guān)損耗通常越小,但也可能增加電路中的電磁干擾(EMI)問題。
柵極電荷(Qg) :柵極電荷越大,驅(qū)動(dòng)MOSFET所需的能量就越大,從而增加驅(qū)動(dòng)損耗和開關(guān)損耗。
4、軟開關(guān)技術(shù)采用零電壓切換(ZVS)或零電流切換(ZCS)等軟開關(guān)技術(shù)可以有效地減小開關(guān)損耗。這些技術(shù)通過調(diào)整電路參數(shù)和開關(guān)時(shí)序,使得MOSFET在開關(guān)過程中電壓和電流不同時(shí)存在,從而避免了能量損耗。
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