MOS管工作原理详细讲解

详细讲解详细讲解 MOSFETMOSFET 管驱动电路管驱动电路 在使用在使用 MOSMOS 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 MOSMOS 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因素。这样的电路也的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。这样的电路也 许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。 下面是我对下面是我对 MOSFETMOSFET 及及 MOSFETMOSFET 驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资 料，非全部原创。包括料，非全部原创。包括 MOSMOS 管的介绍，特性，驱动以及应用电路。管的介绍，特性，驱动以及应用电路。 1 1，，MOSMOS 管种类和结构管种类和结构 MOSFETMOSFET 管是管是 FETFET 的一种（另一种是的一种（另一种是 JFETJFET），可以被制造成增强型或耗尽型，），可以被制造成增强型或耗尽型， P P 沟道或沟道或 N N 沟道共沟道共 4 4 种类型，种类型， 但实际应用的只有增强型的但实际应用的只有增强型的 N N 沟道沟道 MOSMOS 管和增强型的管和增强型的 P P 沟道沟道 MOSMOS 管，所以通常提到管，所以通常提到 NMOSNMOS，或者，或者 PMOSPMOS 指的就是这两种。指的就是这两种。 至于为什么不使用耗尽型的至于为什么不使用耗尽型的 MOSMOS 管，不建议刨根问底。管，不建议刨根问底。 对于这两种增强型对于这两种增强型 MOSMOS 管，比较常用的是管，比较常用的是 NMOSNMOS。原因是导通电阻小，且容易。原因是导通电阻小，且容易 制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用 NMOSNMOS。下面的介绍中，也多以。下面的介绍中，也多以 NMOSNMOS 为主。为主。 MOSMOS 管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺 限制产生的。限制产生的。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，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， 但没有办但没有办 法避免，后边再详细介绍。法避免，后边再详细介绍。 在在 MOSMOS 管原理图上可以看到，管原理图上可以看到， 漏极和源极之间有一个寄生二极管。漏极和源极之间有一个寄生二极管。 这个叫体二极管，这个叫体二极管， 在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的 MOSMOS 管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。 2 2，，MOSMOS 管导通特性管导通特性 导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。 NMOSNMOS 的特性，的特性，VgsVgs 大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端 驱动），只要栅极电压达到驱动），只要栅极电压达到 4V4V 或或 10V10V 就可以了。就可以了。 PMOSPMOS 的特性，的特性，VgsVgs 小于一定的值就会导通，适合用于源极接小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCCVCC 时的情况（高时的情况（高 端驱动）。但是，虽然端驱动）。但是，虽然 PMOSPMOS 可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格 贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOSNMOS。。 3 3，，MOSMOS 开关管损失开关管损失 不管是不管是 NMOSNMOS 还是还是 PMOSPMOS，，导通后都有导通电阻存在，导通后都有导通电阻存在， 这样电流就会在这个电阻这样电流就会在这个电阻 上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOSMOS 管会减小导通管会减小导通 损耗。现在的小功率损耗。现在的小功率 MOSMOS 管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。 MOSMOS 在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOSMOS 两端的电压有一个下两端的电压有一个下 降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOSMOS 管的损失是电压和电管的损失是电压和电 流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失 也越大。也越大。 导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减 小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都 可以减小开关损失。可以减小开关损失。 4 4，，MOSMOS 管驱动管驱动 跟双极性晶体管相比，跟双极性晶体管相比，一般认为使一般认为使 MOSMOS 管导通不需要电流，管导通不需要电流， 只要只要 GSGS 电压高于一电压高于一 定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。 在在 MOSMOS 管的结构中可以看到，管的结构中可以看到， 在在 GSGS，， GDGD 之间存在寄生电容，之间存在寄生电容， 而而 MOSMOS 管的驱动，管的驱动， 实际上就是对电容的充放电。实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把因为对电容充电瞬间可以把 电容看成短路，电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。所以瞬间电流会比较大。选择选择/ /设计设计 MOSMOS 管驱动时第一要注意的是可提管驱动时第一要注意的是可提 供瞬间短路电流的大小。供瞬间短路电流的大小。 第二注意的是，普遍用于高端驱动的第二注意的是，普遍用于高端驱动的 NMOSNMOS，导通时需要是栅极电压大于源极电，导通时需要是栅极电压大于源极电 压。而高端驱动的压。而高端驱动的MOSMOS 管导通时源极电压与漏极电压（管导通时源极电压与漏极电压（VCCVCC）相同，所以这时栅极电）相同，所以这时栅极电 压要比压要比 VCCVCC 大大 4V4V 或或 10V10V。如果在同一个系统里，要得到比。如果在同一个系统里，要得到比VCCVCC 大的电压，就要专门大的电压，就要专门