MOS管驅動電路基礎知識總結
發布時間:2011-11-07
中心議題:
在使用MOS管設計開關電源或者馬達驅動電路的時候,大部分人都會考慮MOS的de導dao通tong電dian阻zu,最zui大da電dian壓ya等deng,最zui大da電dian流liu等deng,也ye有you很hen多duo人ren僅jin僅jin考kao慮lv這zhe些xie因yin素su。這zhe樣yang的de電dian路lu也ye許xu是shi可ke以yi工gong作zuo的de,但dan並bing不bu是shi優you秀xiu的de,作zuo為wei正zheng式shi的de產chan品pin設she計ji也ye是shi不bu允yun許xu的de。
下麵是我對MOSFET及MOSFET驅動電路基礎的一點總結,其中參考了一些資料,非全部原創。包括MOS管的介紹,特性,驅動以及應用電路。
1,MOS管種類和結構
MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),可以被製造成增強型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但實際應用的隻有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是這兩種。
至於為什麼不使用耗盡型的MOS管,不建議刨根問底。
對於這兩種增強型MOS管,比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小,且容易製造。所以開關電源和馬達驅動的應用中,一般都用NMOS。下麵的介紹中,也多以NMOS為主。
MOS管(guan)的(de)三(san)個(ge)管(guan)腳(jiao)之(zhi)間(jian)有(you)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)存(cun)在(zai),這(zhe)不(bu)是(shi)我(wo)們(men)需(xu)要(yao)的(de),而(er)是(shi)由(you)於(yu)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)限(xian)製(zhi)產(chan)生(sheng)的(de)。寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)的(de)存(cun)在(zai)使(shi)得(de)在(zai)設(she)計(ji)或(huo)選(xuan)擇(ze)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)的(de)時(shi)候(hou)要(yao)麻(ma)煩(fan)一(yi)些(xie),但(dan)沒(mei)有(you)辦(ban)法(fa)避(bi)免(mian),後(hou)邊(bian)再(zai)詳(xiang)細(xi)介(jie)紹(shao)。
在MOS管原理圖上可以看到,漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管,在驅動感性負載(如馬達),這個二極管很重要。順便說一句,體二極管隻在單個的MOS管中存在,在集成電路芯片內部通常是沒有的。
2,MOS管導通特性
導通的意思是作為開關,相當於開關閉合。
NMOS的特性,Vgs大於一定的值就會導通,適合用於源極接地時的情況(低端驅動),隻要柵極電壓達到4V或10V就可以了。
PMOS的特性,Vgs小於一定的值就會導通,適合用於源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由於導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅動中,通常還是使用NMOS。
3,MOS開關管損失
不管是NMOS還是PMOS,導通後都有導通電阻存在,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗。現在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。
MOS在導通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程,流過的電流有一個上升的過程,在這段時間內,MOS管的損失是電壓和電流的乘積,叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多,而且開關頻率越快,損失也越大。
導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大。縮短開關時間,可以減小每次導通時的損失;降低開關頻率,可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。
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4,MOS管驅動
跟雙極性晶體管相比,一般認為使MOS管導通不需要電流,隻要GS電壓高於一定的值,就可以了。這個很容易做到,但是,我們還需要速度。
在MOS管的結構中可以看到,在GS,GD之間存在寄生電容,而MOSguandequdong,shijishangjiushiduidianrongdechongfangdian。duidianrongdechongdianxuyaoyigedianliu,yinweiduidianrongchongdianshunjiankeyibadianrongkanchengduanlu,suoyishunjiandianliuhuibijiaoda。xuanze/設計MOS管驅動時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,普遍用於高端驅動的NMOS,導通時需要是柵極電壓大於源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個係統裏,要得到比VCCdadedianya,jiuyaozhuanmendeshengyadianlule。henduomadaqudongqidoujichengledianhebeng,yaozhuyideshiyinggaixuanzeheshidewaijiedianrong,yidedaozugoudeduanludianliuququdongMOS管。
上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導通電壓,設計時當然需要有一定的餘量。而且電壓越高,導通速度越快,導通電阻也越小。現在也有導通電壓更小的MOS管用在不同的領域裏,但在12V汽車電子係統裏,一般4V導通就夠用了。
MOS管的驅動電路及其損失,可以參考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。講述得很詳細,所以不打算多寫了。
5,MOS管應用電路
MOS管最顯著的特性是開關特性好,所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中,常見的如開關電源和馬達驅動,也有照明調光。
- MOS管種類和結構
- MOS管導通特性
- MOS開關管損失
- MOS管驅動
- MOS管應用電路
在使用MOS管設計開關電源或者馬達驅動電路的時候,大部分人都會考慮MOS的de導dao通tong電dian阻zu,最zui大da電dian壓ya等deng,最zui大da電dian流liu等deng,也ye有you很hen多duo人ren僅jin僅jin考kao慮lv這zhe些xie因yin素su。這zhe樣yang的de電dian路lu也ye許xu是shi可ke以yi工gong作zuo的de,但dan並bing不bu是shi優you秀xiu的de,作zuo為wei正zheng式shi的de產chan品pin設she計ji也ye是shi不bu允yun許xu的de。
下麵是我對MOSFET及MOSFET驅動電路基礎的一點總結,其中參考了一些資料,非全部原創。包括MOS管的介紹,特性,驅動以及應用電路。
1,MOS管種類和結構
MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),可以被製造成增強型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但實際應用的隻有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是這兩種。
至於為什麼不使用耗盡型的MOS管,不建議刨根問底。
對於這兩種增強型MOS管,比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小,且容易製造。所以開關電源和馬達驅動的應用中,一般都用NMOS。下麵的介紹中,也多以NMOS為主。
MOS管(guan)的(de)三(san)個(ge)管(guan)腳(jiao)之(zhi)間(jian)有(you)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)存(cun)在(zai),這(zhe)不(bu)是(shi)我(wo)們(men)需(xu)要(yao)的(de),而(er)是(shi)由(you)於(yu)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)限(xian)製(zhi)產(chan)生(sheng)的(de)。寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)的(de)存(cun)在(zai)使(shi)得(de)在(zai)設(she)計(ji)或(huo)選(xuan)擇(ze)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)的(de)時(shi)候(hou)要(yao)麻(ma)煩(fan)一(yi)些(xie),但(dan)沒(mei)有(you)辦(ban)法(fa)避(bi)免(mian),後(hou)邊(bian)再(zai)詳(xiang)細(xi)介(jie)紹(shao)。
在MOS管原理圖上可以看到,漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管,在驅動感性負載(如馬達),這個二極管很重要。順便說一句,體二極管隻在單個的MOS管中存在,在集成電路芯片內部通常是沒有的。
2,MOS管導通特性
導通的意思是作為開關,相當於開關閉合。
NMOS的特性,Vgs大於一定的值就會導通,適合用於源極接地時的情況(低端驅動),隻要柵極電壓達到4V或10V就可以了。
PMOS的特性,Vgs小於一定的值就會導通,適合用於源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由於導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅動中,通常還是使用NMOS。
3,MOS開關管損失
不管是NMOS還是PMOS,導通後都有導通電阻存在,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗。現在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。
MOS在導通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程,流過的電流有一個上升的過程,在這段時間內,MOS管的損失是電壓和電流的乘積,叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多,而且開關頻率越快,損失也越大。
導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大。縮短開關時間,可以減小每次導通時的損失;降低開關頻率,可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。
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4,MOS管驅動
跟雙極性晶體管相比,一般認為使MOS管導通不需要電流,隻要GS電壓高於一定的值,就可以了。這個很容易做到,但是,我們還需要速度。
在MOS管的結構中可以看到,在GS,GD之間存在寄生電容,而MOSguandequdong,shijishangjiushiduidianrongdechongfangdian。duidianrongdechongdianxuyaoyigedianliu,yinweiduidianrongchongdianshunjiankeyibadianrongkanchengduanlu,suoyishunjiandianliuhuibijiaoda。xuanze/設計MOS管驅動時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,普遍用於高端驅動的NMOS,導通時需要是柵極電壓大於源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個係統裏,要得到比VCCdadedianya,jiuyaozhuanmendeshengyadianlule。henduomadaqudongqidoujichengledianhebeng,yaozhuyideshiyinggaixuanzeheshidewaijiedianrong,yidedaozugoudeduanludianliuququdongMOS管。
上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導通電壓,設計時當然需要有一定的餘量。而且電壓越高,導通速度越快,導通電阻也越小。現在也有導通電壓更小的MOS管用在不同的領域裏,但在12V汽車電子係統裏,一般4V導通就夠用了。
MOS管的驅動電路及其損失,可以參考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。講述得很詳細,所以不打算多寫了。
5,MOS管應用電路
MOS管最顯著的特性是開關特性好,所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中,常見的如開關電源和馬達驅動,也有照明調光。
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