MOSFET與MOSFET驅(qū)動(dòng)電路原理及利用

　下面是我對(duì)MOSFET及MOSFET驅(qū)動(dòng)電路基礎(chǔ)的一點(diǎn)總結(jié)，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(qū)動(dòng)以及運(yùn)用 電路?！?br />　　在運(yùn)用 MOS管設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候，大部分人都會(huì)思慮 MOS的導(dǎo)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(shè)計(jì)也是不準(zhǔn)許的。
　　1、MOS管種類和結(jié)構(gòu)
　　MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET)，可以被制造成增強(qiáng)型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實(shí)際運(yùn)用 的只有增強(qiáng)型的N溝道MOS管和增強(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，不建議刨根問(wèn)底。
　　對(duì)于這兩種增強(qiáng)型MOS管，比較常用的是NMOS。原由是導(dǎo)通電阻小且基本 制造。所以開(kāi)關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)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(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(如馬達(dá))，這個(gè)二極管很主要。順便說(shuō)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(méi)有的。下圖是MOS管的構(gòu)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(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(shè)計(jì)或挑選驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些，但沒(méi)有方法防止，在MOS管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)再細(xì)致推選 。

　　2、MOS管導(dǎo)通特征
　　導(dǎo)通的意思是作為開(kāi)關(guān)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)上合。
　　NMOS的特征，Vgs大于必須的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng))，只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。
　　PMOS的特征，Vgs小于必須的值就會(huì)導(dǎo)通，運(yùn)用與源極接VCC時(shí)的情況(高端驅(qū)動(dòng))。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)錢貴，替換種類少等原由，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是運(yùn)用 NMOS。[!--empirenews.page--]
　　右圖是瑞薩2SK3418的Vgs電壓和Vds電壓的聯(lián)系圖。可以看出小電流時(shí)，Vgs達(dá)到4V，DS間壓降已經(jīng)很小，可以認(rèn)為導(dǎo)通。

　　3、MOS開(kāi)關(guān)管耗損
　　不管是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，因而在DS間流過(guò)電流的同時(shí)，兩端還會(huì)有電壓(如2SK3418特征圖所示)，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。挑選導(dǎo)通電阻小的MOS管會(huì)減小導(dǎo)通損耗。現(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻通常在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。
　　MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，必須不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)降低的流程，流過(guò)的電流有一個(gè)上升的流程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的耗損是電壓和電流的乘積，叫做開(kāi)關(guān)耗損。通常開(kāi)關(guān)耗損比導(dǎo)通耗損大得多，并且開(kāi)關(guān)頻率越快，耗損也越大。
　　下圖是MOS管導(dǎo)通時(shí)的波形。可以看出，導(dǎo)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(kāi)關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的耗損；降低開(kāi)關(guān)頻率，可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開(kāi)關(guān)次數(shù)。這兩種方法都可以減小開(kāi)關(guān)耗損。

　　4、MOS管驅(qū)動(dòng)
　　跟雙極性晶體管相比，通常認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不須要電流，只要GS電壓高于必須的值，就可以了。這個(gè)很基本 做到，但是，咱們還須要速度。
　　在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電須要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì)比較大。挑選 /設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)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(qū)動(dòng)的NMOS，導(dǎo)通時(shí)須要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，就要專門的升壓電路了。許多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要留心的是應(yīng)該挑選合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管。
　　上邊說(shuō)的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然須要有必須的余量。并且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小?，F(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不一樣的領(lǐng)域里，但在12V汽車電子系統(tǒng)里，通常 4V導(dǎo)通就夠用了。
　　MOS管的驅(qū)動(dòng)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(xì)致，所以不打算多寫了。
　　5、MOS管運(yùn)用 電路
　　MOS管最顯著的特征是開(kāi)關(guān)特征好，所以被廣泛運(yùn)用 在須要電子開(kāi)關(guān)的電路中，多見(jiàn)的如開(kāi)關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也有照明調(diào)光。這三種運(yùn)用 在各個(gè)領(lǐng)域都有細(xì)致的推選 ，這里暫時(shí)不多寫了。以后有時(shí)間再總結(jié)。