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MOS管開關(guān)電路知識(shí)-詳解MOS管在開關(guān)電路中的使用介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2020-09-01 18:14:12
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MOS管開關(guān)電路知識(shí)-詳解MOS管在開關(guān)電路中的使用介紹
MOS管開關(guān)電路是利用MOS管柵極(g)控制MOS管源極(s)和漏極(d)通斷的原理構(gòu)造的電路。因MOS管分為N溝道與P溝道,所以開關(guān)電路也主要分為兩種。
一般情況下普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的MOS,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。(所以看手冊(cè),具體分析)
MOS管是電壓驅(qū)動(dòng),按理說(shuō)只要柵極電壓到到開啟電壓就能導(dǎo)通DS,柵極串多大電阻均能導(dǎo)通。但如果要求開關(guān)頻率較高時(shí),柵對(duì)地或VCC可以看做是一個(gè)電容,對(duì)于一個(gè)電容來(lái)說(shuō),串的電阻越大,柵極達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)間越長(zhǎng),MOS處于半導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)間也越長(zhǎng),在半導(dǎo)通狀態(tài)內(nèi)阻較大,發(fā)熱也會(huì)增大,極易損壞MOS,所以高頻時(shí)柵極柵極串的電阻不但要小,一般要加前置驅(qū)動(dòng)電路的。
MOS管也就是常說(shuō)的場(chǎng)效應(yīng)管(FET),有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(又分為增強(qiáng)型和耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管)。也可以只分成兩類P溝道和N溝道,這里我們就按照P溝道和N溝道分類。對(duì)MOS管分類不了解的可以自己上網(wǎng)查一下。
場(chǎng)效應(yīng)管的作用主要有信號(hào)的轉(zhuǎn)換、控制電路的通斷,這里我們講解的是MOS管作為開關(guān)管的使用。對(duì)于MOS管的選型,注意4個(gè)參數(shù):漏源電壓(D、S兩端承受的電壓)、工作電流(經(jīng)過(guò)MOS管的電路)、開啟電壓(讓MOS管導(dǎo)通的G、S電壓)、工作頻率(最大的開關(guān)頻率)。下面我們看一下MOS管的引腳,如下圖所示:    
MOS管,MOS管開關(guān)電路
有3個(gè)引腳,分別為G(柵極)、S(源極)、D(漏極)。在開關(guān)電路中,D和S相當(dāng)于需要接通的電路兩端,G為開關(guān)控制。這里給大家分享一個(gè)自己的分辨P溝道和N溝道的方法,我們就看中間的箭頭,把G(柵極)連接的部分當(dāng)做溝道,大家都知道PN結(jié),而不是NP結(jié),那么就是P指向N的,所以腦海里想到這樣的情景 P-->N,所以箭頭都是P-->N的,那么中間的箭頭指向的就是N,如果指向溝道那就是N溝道,如果指向的是S(沒有指向溝道),那就是P溝道。這個(gè)方法也適用于三極管的判別(NPN、PNP)。
在上圖中我們可以看到右邊都有一個(gè)寄生二極管,起到保護(hù)的作用。那么根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦晕覀円材苤涝陔娐愤B接中,D和S應(yīng)該如何連接。使用有寄生二極管的N溝道MOS管的情況下,D的電壓要高于S的電壓,否則MOS管無(wú)法正常工作(二極管導(dǎo)通)。使用有寄生二極管的P溝道MOS管,S的電壓要高于D的電壓,原因同上。
下面是MOS管的導(dǎo)通條件,只要記住電壓方向與中間箭頭方向相反即為導(dǎo)通(當(dāng)然這個(gè)相反電壓需要達(dá)到MOS管的開啟電壓)。比如導(dǎo)通電壓為3V的N溝道MOS管,只要G的電壓比S的電壓高3V即可導(dǎo)通(D的電壓也要比S的高)。同理,導(dǎo)通電壓為3V的P溝道MOS管,只要G的電壓比S的電壓低3V即可導(dǎo)通(S的電壓比D的高)。在電路中的典型應(yīng)用如下圖所示,分別為N溝道與P溝道的MOS管驅(qū)動(dòng)電路:                
MOS管,MOS管開關(guān)電路

MOS管,MOS管開關(guān)電路
我們可以看到,N溝道的MOS管的電路中,BEEP引腳為高電平即可導(dǎo)通,蜂鳴器發(fā)出聲音,低電平關(guān)閉蜂鳴器;P溝道的MOS管是用來(lái)控制GPS模塊的電源通斷,GPS_PWR引腳為低電平時(shí)導(dǎo)通,GPS模塊正常供電,高電平時(shí)GPS模塊斷電。
以上兩個(gè)應(yīng)用電路中,N溝道和P溝道MOS管不能互相替代,如下兩個(gè)應(yīng)用電路不能正常工作:
MOS管,MOS管開關(guān)電路

MOS管,MOS管開關(guān)電路
MOS開關(guān)電路管損失
不管是NMOS還是PMOS,導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在,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)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,叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多,而且開關(guān)頻率越快,損失也越大。
導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大??s短開關(guān)時(shí)間,可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失;降低開關(guān)頻率,可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開關(guān)損失。
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