MOSFET與MOSFET驅(qū)動(dòng)電路原理及應(yīng)用

1、mosfet 與 mosfet 驅(qū)動(dòng)電路原理及應(yīng)用下面是我對(duì)mos fet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，非全部原創(chuàng)。包括mos 管的介紹，特性，驅(qū)動(dòng)以及應(yīng)用電路。在使用 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)考慮mos 的導(dǎo)通 電阻 ，最大電壓等，最大電流等，也有很多人僅僅考慮這些因素。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)也是不允許的。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)際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的n溝道

2、 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)。至于為什么不使用耗盡型的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 。原因是導(dǎo)通電阻小且容易制造。所以開(kāi)關(guān)電源 和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，一般都用nmos 。下面的介紹中，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)二極管很重要。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，

3、 通常的原理圖中都畫成右圖所示的樣子。 (柵極保護(hù)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，如圖所示。這不是我們需要的，而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些，但沒(méi)有辦法避免，在mos 管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)再詳細(xì)介紹。2、mos 管導(dǎo)通特性導(dǎo)通的意思是作為開(kāi)關(guān)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。nmos 的特性， vgs 大于一定的值就會(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 的特性， vgs 小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，使用與源極接vcc時(shí)的情況 ( 高端驅(qū)動(dòng) ) 。但是，雖然pmos可以很方

4、便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用 nmos。下圖是瑞薩2sk3418的 vgs 電壓和 vds 電壓的關(guān)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 損失不管是 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特性圖所示 ) ，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。選擇導(dǎo)通電阻小的 mos 管會(huì)減小導(dǎo)通損耗?，F(xiàn)在的小功率mos 管導(dǎo)通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。mos 在導(dǎo)通和截止的時(shí)

5、候，一定不是在瞬間完成的。mos 兩端的電壓有一個(gè)下降的過(guò)程，流過(guò)的電流有一個(gè)上升的過(guò)程，在這段時(shí)間內(nèi)，mos 管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開(kāi)關(guān)損失。通常開(kāi)關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開(kāi)關(guān)頻率越快，損失也越大。下圖是 mos 管導(dǎo)通時(shí)的波形?？梢钥闯?，導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。降低開(kāi)關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失；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)。這兩種辦法都可以減小開(kāi)關(guān)損失。4、mos 管驅(qū)動(dòng)跟雙極性 晶體管 相比，一般認(rèn)為使mos 管導(dǎo)通不需要電流，只要gs電壓高于一定的值，就可以了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。在 mos 管的結(jié)構(gòu)中可以看

6、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)電容的充電需要一個(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。選擇 / 設(shè)計(jì) mos 管驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的nmos ，導(dǎo)通時(shí)需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。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比 vcc大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器 都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，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)然需要有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小。現(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的mos 管用在不同的領(lǐng)域里，但在12v汽車 電子 系統(tǒng)里，一般 4v 導(dǎo)通就夠用了。mos 管的驅(qū)動(dòng)電路及其損失，可以參考microchip公司的 an799 matching mosfet drivers to mosfets 。講述得很詳細(xì)，所以不打算多寫了。5