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  • 常用场效应管参数大全,电压,参数表图文等,涨知识必读!
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    2020-12-29 08:36:28

    场效应管参数

    型号 封装 材料 用途 参数

    KIA7N60H TO-263 NMOS 开关电源 7A/600V

    KIA7N65H TO-263 NMOS 开关电源 7A/650V

    KIA840S    TO-263 NMOS 安定器    8A/500V

    KIA4N60H TO-262 NMOS 充电器   4A/600V

    KIA13N50H TO-263 NMOS 开关电源 13A/500V

    KIA24N50H TO-3P NMOS 逆变器 20A/500V

    KIA3510A  TO-263  NMOS 安定器  75A/100V

    KIA28N50H TO-3P NMOS 开关电源 28A/500V

    KIA75NF75  TO-263  NMOS  电动车  80A/80V

    KIA100N03A  TO-263  NMOS  保护器 90A/30V

    KIA2803A  TO-263  NMOS  保护器  150A/30V

    KIA1N60H  TO-251  NMOS  开关电源  1A/600V

    KIA1N65H  TO-251  NMOS  开关电源  1A/650V

    KIA20N50H TO-220F NMOS 逆变器 20A/500V

    KIA2N60H  TO-251  NMOS  开关电源  2A/600V

    KIA2N65H  TO-251  NMOS  开关电源  2A/650V

    KIA40N20A TO-3P NMOS 逆变器 40A/200V

    KIA2806A TO-3P NMOS 逆变器 160A/60V

    KIA4N60H  TO-251  NMOS  开关电源  4A/600V

    KIA4N65H  TO-251  NMOS  开关电源  4A/650V

    KIA9N90H TO-220F NMOS 安定器 9A/900V

    KIA6110A  TO-251  NMOS 开关电源   12A/100V

    KIA50N06 TO-220F NMOS 逆变器 50A/60V

    KIA1N60H  TO-252  NMOS  开关电源 1A/600V

    KIA5N50H  TO-252 NMOS 安定器 5A/500V

    KIA830S TO-252 NMOS 安定器 5A/550V

    KIA2N60H TO-250 NMOS 开关电源 2A/600V

    KIA2N65H TO-250 NMOS 开关电源 5A/650V

    KIA840S TO-252 NMOS 安定器 8A/500V

    KIA4N60H TO-252 NMOS 开关电源 4A/600V

    KIA10N60H TO-220F NMOS 逆变器 9.5A/600V

    KIA10N80H TO-220F NMOS 逆变器 10A/800V

    KIA35P10A TO-252 PMOS 报警器 -35A/-100V

    KND4360A TO-252 NMOS 开关电源 4A/650V

    KIA4750S TO-252 NMOS 安定器 9A/500V

    KIA50N03A TO-252 NMOS 保护器 50A/30V

    KIA50N06B TO-252 NMOS 安定器 50A/60V

    KIA20N40H TO-3P NMOS 逆变器 20A/400V

    KIA20N50H TO-3P NMOS 开关电源 20A/500V

    KIA3510A TO-252 NMOS 安定器 65A/100V

    KIA23P10A TO-252 PMOS 报警器 -23A/-100V

    KIA9N90H TO-247 NMOS 逆变器 9A/900V

    KIA16N50H TO-247 NMOS 逆变器 16A/500V

    KIA2N60H TO-220F NMOS 开关电源 2A/600V

    KIA3N80H TO-220F NMOD 开关电源 3A/800V

    KIA18N52H TO-247 NMOS 逆变器 18A/500V

    KIA20N50H TO-247 NMOS 逆变器 20A/500V

    KIA24N50H TO-247 NMOS 逆变器 24A/500V

    KIA28N50H TO-247 NMOS  逆变器 28A/500V

    KIA4N60H TO-220F NMOS 逆变器 4A/600V

    KIA4N65E TO-220F NMOS  开关电源 4.5A/600V

    KIA7N60U TO-220F NMOS  逆变器 7A/600V

    KIA18N20A TO-220F NMOS 开关电源 18A/200V

    KIA9N90H TO-3P NMOS 逆变器 9A/900V

    KIA10N80H TO-3P NMOS 逆变器 10A/800V

    KIA16N50H TO-3P NMOS 开关电源 16A/500V

    KIA18N50H TO-3P NMOA 逆变器 18A/500V

    场效应管主要参数

    Idss — 饱和漏源电流.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,栅极电压

    UGS=0时的漏源电流.

    Up — 夹断电压.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,使漏源间刚截止时的栅极电压.

    Ut — 开启电压.是指加强型绝缘栅场效管中,使漏源间刚导通时的栅极电压.

    gM — 跨导.是表示栅源电压UGS — 对漏极电流ID的控制才能,即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值.

    gM是权衡场效应管放大才能的重要参数.

    BVDS — 漏源击穿电压.是指栅源电压UGS一定时,场效应管正常工作所能接受的最大漏源电压.这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必需小于BVDS.

    PDSM — 最大耗散功率,也是一项极限参数,是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率.

    运用时,场效应管实践功耗应小于PDSM并留有一定余量.

    IDSM — 最大漏源电流.是一项极限参数,是指场效应管正常工作时,漏源间所允许经过的最大电流.场效应管的工作电流不应超越

    IDSMCds---漏-源电容

    Cdu---漏-衬底电容

    Cgd---栅-漏电容

    Cgs---漏-源电容

    Ciss---栅短路共源输入电容

    Coss---栅短路共源输出电容

    Crss---栅短路共源反向传输电容

    D---占空比(占空系数,外电路参数)

    di/dt---电流上升率(外电路参数)

    dv/dt---电压上升率(外电路参数)

    ID---漏极电流(直流)

    IDM---漏极脉冲电流

    ID(on)---通态漏极电流

    IDQ---静态漏极电流(射频功率管)

    IDS---漏源电流

    IDSM---最大漏源电流

    IDSS---栅-源短路时,漏极电流

    IDS(sat)---沟道饱和电流(漏源饱和电流)

    IG---栅极电流(直流)

    IGF---正向栅电流

    IGR---反向栅电流

    IGDO---源极开路时,截止栅电流

    IGSO---漏极开路时,截止栅电流

    IGM---栅极脉冲电流

    IGP---栅极峰值电流

    IF---二极管正向电流

    IGSS---漏极短路时截止栅电流

    IDSS1---对管第一管漏源饱和电流IDSS2---对管第二管漏源饱和电流

    Iu---衬底电流

    Ipr---电流脉冲峰值(外电路参数)

    gfs---正向跨导

    Gp---功率增益

    Gps---共源极中和高频功率增益

    GpG---共栅极中和高频功率增益

    GPD---共漏极中和高频功率增益

    ggd---栅漏电导

    gds---漏源电导

    K---失调电压温度系数

    Ku---传输系数L---负载电感(外电路参数)

    LD---漏极电感

    Ls---源极电感

    rDS---漏源电阻

    rDS(on)---漏源通态电阻

    rDS(of)---漏源断态电阻

    rGD---栅漏电阻

    rGS---栅源电阻

    Rg---栅极外接电阻(外电路参数)

    RL---负载电阻(外电路参数)

    R(th)jc---结壳热阻

    R(th)ja---结环热阻

    PD---漏极耗散功率PDM---漏极最大允许耗散功率

    PIN--输入功率

    POUT---输出功率

    PPK---脉冲功率峰值(外电路参数)

    to(on)---开通延迟时间

    td(off)---关断延迟时间

    ti---上升时间

    ton---开通时间

    toff---关断时间

    tf---降落时间

    trr---反向恢复时间

    Tj---结温

    Tjm---最大允许结温

    Ta---环境温度

    Tc---管壳温度

    Tstg---贮成温度

    VDS---漏源电压(直流)

    VGS---栅源电压(直流)

    VGSF--正向栅源电压(直流)

    VGSR---反向栅源电压(直流)

    VDD---漏极(直流)电源电压(外电路参数)

    VGG---栅极(直流)电源电压(外电路参数)

    Vss---源极(直流)电源电压(外电路参数)

    VGS(th)---开启电压或阀电压V(BR)

    DSS---漏源击穿电压V(BR)

    GSS---漏源短路时栅源击穿电压VDS(on)---漏源通态电压

    VDS(sat)---漏源饱和电压

    VGD---栅漏电压(直流)

    Vsu---源衬底电压(直流)

    VDu---漏衬底电压(直流)

    VGu---栅衬底电压(直流)

    Zo---驱动源内阻

    η---漏极效率(射频功率管)

    Vn---噪声电压

    aID---漏极电流温度系数

    ards---漏源电阻温度系数

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  • MOS最常见的应用可能是电源中的开关元件,此外,它们对电源输出也大有裨益。服务器和通信设备等应用一般都配置有多个并行电源,以支持N+1 冗余与持续工作 (图1)。各并行电源平均分担负载,确保系统即使在一个电源...

    MOS管最常见的应用可能是电源中的开关元件,此外,它们对电源输出也大有裨益。服务器和通信设备等应用一般都配置有多个并行电源,以支持N+1 冗余与持续工作 (图1)。各并行电源平均分担负载,确保系统即使在一个电源出现故障的情况下仍然能够继续工作。不过,这种架构还需要一种方法把并行电源的输出连接在一起,并保证某个电源的故障不会影响到其它的电源。在每个电源的输出端,有一个功率MOS管可以让众电源分担负载,同时各电源又彼此隔离 。起这种作用的MOS管被称为"ORing"FET,因为它们本质上是以 “OR” 逻辑来连接多个电源的输出。

    开关电源MOS管选型

    在这里插入图片描述

    一、开关电源上的MOS管选择方法

    在这里插入图片描述
    图1:用于针对N+1冗余拓扑的并行电源控制的MOS管

    在ORing FET应用中,MOS管的作用是开关器件,但是由于服务器类应用中电源不间断工作,这个开关实际上始终处于导通状态。其开关功能只发挥在启动和关断,以及电源出现故障之时 。

    相比从事以开关为核心应用的设计人员,ORing FET应用设计人员显然必需关注MOS管的不同特性。以服务器为例,在正常工作期间,MOS管只相当于一个导体。因此,ORing FET应用设计人员最关心的是最小传导损耗。

    二、低RDS(ON) 可把BOM及PCB尺寸降至最小

    一般而言,MOS管制造商采用RDS(ON) 参数来定义导通阻抗;对ORing FET应用来说,RDS(ON) 也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON) 与栅极 (或驱动) 电压 VGS 以及流经开关的电流有关,但对于充分的栅极驱动,RDS(ON) 是一个相对静态参数。

    若设计人员试图开发尺寸最小、成本最低的电源,低导通阻抗更是加倍的重要。在电源设计中,每个电源常常需要多个ORing MOS管并行工作,需要多个器件来把电流传送给负载。在许多情况下,设计人员必须并联MOS管,以有效降低RDS(ON)。

    需谨记,在 DC 电路中,并联电阻性负载的等效阻抗小于每个负载单独的阻抗值。比如,两个并联的2Ω 电阻相当于一个1Ω的电阻 。因此,一般来说,一个低RDS(ON) 值的MOS管,具备大额定电流,就可以让设计人员把电源中所用MOS管的数目减至最少。

    除了RDS(ON)之外,在MOS管的选择过程中还有几个MOS管参数也对电源设计人员非常重要。许多情况下,设计人员应该密切关注数据手册上的安全工作区(SOA)曲线,该曲线同时描述了漏极电流和漏源电压的关系。基本上,SOA定义了MOSFET能够安全工作的电源电压和电流。在ORing FET应用中,首要问题是:在"完全导通状态"下FET的电流传送能力。实际上无需SOA曲线也可以获得漏极电流值。

    若设计是实现热插拔功能,SOA曲线也许更能发挥作用。在这种情况下,MOS管需要部分导通工作。SOA曲线定义了不同脉冲期间的电流和电压限值。

    注意刚刚提到的额定电流,这也是值得考虑的热参数,因为始终导通的MOS管很容易发热。另外,日渐升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。MOS管数据手册规定了热阻抗参数,其定义为MOS管封装的半导体结散热能力。RθJC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。细言之,在实际测量中其代表从器件结(对于一个垂直MOS管,即裸片的上表面附近)到封装外表面的热阻抗,在数据手册中有描述。若采用PowerQFN封装,管壳定义为这个大漏极片的中心。因此,RθJC 定义了裸片与封装系统的热效应。RθJA 定义了从裸片表面到周围环境的热阻抗,而且一般通过一个脚注来标明与PCB设计的关系,包括镀铜的层数和厚度。

    三、开关电源中的MOS管

    现在让我们考虑开关电源应用,以及这种应用如何需要从一个不同的角度来审视数据手册。从定义上而言,这种应用需要MOS管定期导通和关断。同时,有数十种拓扑可用于开关电源,这里考虑一个简单的例子。DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个MOS管来执行开关功能(图2),这些开关交替在电感里存储能量,然后把能量释放给负载。目前,设计人员常常选择数百kHz乃至1 MHz以上的频率,因为频率越高,磁性元件可以更小更轻。

    四、开关电源上的MOS管选择方法
    在这里插入图片描述
    图2:用于开关电源应用的MOS管(DC-DC控制器)

    显然,电源设计相当复杂,而且也没有一个简单的公式可用于MOS管的评估。但我们不妨考虑一些关键的参数,以及这些参数为什么至关重要。传统上,许多电源设计人员都采用一个综合品质因数(栅极电荷QG ×导通阻抗RDS(ON))来评估MOS管或对之进行等级划分。

    栅极电荷和导通阻抗之所以重要,是因为二者都对电源的效率有直接的影响。对效率有影响的损耗主要分为两种形式–传导损耗和开关损耗。

    栅极电荷是产生开关损耗的主要原因。栅极电荷单位为纳库仑(nc),是MOS管栅极充电放电所需的能量。栅极电荷和导通阻抗RDS(ON) 在半导体设计和制造工艺中相互关联,一般来说,器件的栅极电荷值较低,其导通阻抗参数就稍高。开关电源中第二重要的MOS管参数包括输出电容、阈值电压、栅极阻抗和雪崩能量。

    某些特殊的拓扑也会改变不同MOS管参数的相关品质,例如,可以把传统的同步降压转换器与谐振转换器做比较。谐振转换器只在VDS (漏源电压)或ID (漏极电流)过零时才进行MOS管开关,从而可把开关损耗降至最低。这些技术被成为软开关或零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)技术。由于开关损耗被最小化,RDS(ON) 在这类拓扑中显得更加重要。

    低输出电容(COSS)值对这两类转换器都大有好处。谐振转换器中的谐振电路主要由变压器的漏电感与COSS决定。此外,在两个MOS管关断的死区时间内,谐振电路必须让COSS完全放电。

    低输出电容也有利于传统的降压转换器(有时又称为硬开关转换器),不过原因不同。因为每个硬开关周期存储在输出电容中的能量会丢失,反之在谐振转换器中能量反复循环。因此,低输出电容对于同步降压调节器的低边开关尤其重要。

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  • 在使用MOS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MOS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...

    MOS管驱动电路综述

    在使用MOS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MOS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。

    1、MOS管种类和结构

    MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。

    至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。

    对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。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NMOS。下面的介绍中,也多以NMOS为主。

    MOS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。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,但没有办法避免,后边再详细介绍。

    在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。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MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。

    2、MOS管导通特性

    导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。

    NMOS的特性,Vgs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4V或10V就可以了。

    PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS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NMOS。

    3、MOS开关管损失

    不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,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MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。

    MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。MOS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,MOS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。

    4、MOS管驱动

    跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS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。

    在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提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NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

    上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压,设计时当然需要有一定的余量。而且电压越高,导通速度越快,导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里,但在12V汽车电子系统里,一般4V导通就够用了。

    MOS管的驱动电路及其损失,可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。讲述得很详细,所以不打算多写了。

    5、MOS管应用电路

    MOS管最显著的特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。

    5种常用开关电源MOSFET驱动电路解析

    在使用MOSFET设计开关电源时,大部分人都会考虑MOSFET的导通电阻、最大电压、最大电流。但很多时候也仅仅考虑了这些因素,这样的电路也许可以正常工作,但并不是一个好的设计方案。更细致的,MOSFET还应考虑本身寄生的参数。对一个确定的MOSFET,其驱动电路,驱动脚输出的峰值电流,上升速率等,都会影响MOSFET的开关性能。

    当电源IC与MOS管选定之后, 选择合适的驱动电路来连接电源IC与MOS管就显得尤其重要了。

    一个好的MOSFET驱动电路有以下几点要求:

    (1)开关管开通瞬时,驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值,保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡。

    (2)开关导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定且可靠导通。

    (3)关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放,保证开关管能快速关断。

    (4)驱动电路结构简单可靠、损耗小。

    (5)根据情况施加隔离。

    下面介绍几个模块电源中常用的MOSFET驱动电路。

    1、电源IC直接驱动MOSFET
    在这里插入图片描述
    图 1 IC直接驱动MOSFET

    电源IC直接驱动是我们最常用的驱动方式,同时也是最简单的驱动方式,使用这种驱动方式,应该注意几个参数以及这些参数的影响。第一,查看一下电源IC手册,其最大驱动峰值电流,因为不同芯片,驱动能力很多时候是不一样的。第二,了解一下MOSFET的寄生电容,如图 1中C1、C2的值。如果C1、C2的值比较大,MOS管导通的需要的能量就比较大,如果电源IC没有比较大的驱动峰值电流,那么管子导通的速度就比较慢。如果驱动能力不足,上升沿可能出现高频振荡,即使把图 1中Rg减小,也不能解决问题! IC驱动能力、MOS寄生电容大小、MOS管开关速度等因素,都影响驱动电阻阻值的选择,所以Rg并不能无限减小。

    2、电源IC驱动能力不足时

    如果选择MOS管寄生电容比较大,电源IC内部的驱动能力又不足时,需要在驱动电路上增强驱动能力,常使用图腾柱电路增加电源IC驱动能力,其电路图 2虚线框所示。
    在这里插入图片描述
    图 2 图腾柱驱动MOS

    这种驱动电路作用在于,提升电流提供能力,迅速完成对于栅极输入电容电荷的充电过程。这种拓扑增加了导通所需要的时间,但是减少了关断时间,开关管能快速开通且避免上升沿的高频振荡。

    3、驱动电路加速MOS管关断时间
    在这里插入图片描述
    图 3 加速MOS关断

    关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压快速泄放,保证开关管能快速关断。为使栅源极间电容电压的快速泄放,常在驱动电阻上并联一个电阻和一个二极管,如图 3所示,其中D1常用的是快恢复二极管。这使关断时间减小,同时减小关断时的损耗。Rg2是防止关断的时电流过大,把电源IC给烧掉。
    在这里插入图片描述
    图 4 改进型加速MOS关断

    在第二点介绍的图腾柱电路也有加快关断作用。当电源IC的驱动能力足够时,对图 2中电路改进可以加速MOS管关断时间,得到如图 4所示电路。用三极管来泄放栅源极间电容电压是比较常见的。如果Q1的发射极没有电阻,当PNP三极管导通时,栅源极间电容短接,达到最短时间内把电荷放完,最大限度减小关断时的交叉损耗。与图 3拓扑相比较,还有一个好处,就是栅源极间电容上的电荷泄放时电流不经过电源IC,提高了可靠性。

    4、驱动电路加速MOS管关断时间
    在这里插入图片描述
    图 5 隔离驱动

    为了满足如图 5所示高端MOS管的驱动,经常会采用变压器驱动,有时为了满足安全隔离也使用变压器驱动。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的电感与C1形成LC振荡,C1的目的是隔开直流,通过交流,同时也能防止磁芯饱和。

    5、当源极输出为高电压时的驱动

    当源极输出为高电压的情况时,我们需要采用偏置电路达到电路工作的目的,既我们以源极为参考点,搭建偏置电路,驱动电压在两个电压之间波动,驱动电压偏差由低电压提供,如下图6所示。
    在这里插入图片描述
    图6 源极输出为高电压时的驱动电路

    除了以上驱动电路之外,还有很多其它形式的驱动电路。对于各种各样的驱动电路并没有一种驱动电路是最好的,只有结合具体应用,选择最合适的驱动。

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  • 论MOS管开关电源的影响

    千次阅读 2019-04-20 09:06:20
    1. 前言 MOS做为开关是一种常用的方式,在电路中比较常用的是一个三极管加一个MOS,或者一个NMOS加一个PMOS。常用电路如图1图2所示。而我们今天来讨论的是基于图2电路...在使用图2做电源开关时,检测电源的波...

    1. 前言

    MOS管做为开关是一种常用的方式,在电路中比较常用的是一个三极管加一个MOS管,或者一个NMOS加一个PMOS。常用电路如图1图2所示。而我们今天来讨论的是基于图2电路引起的MOS关做开关对输入端电源的影响。

    1  三极管加MOS管形式开关电路

     

    2  NMOS加PMOS形式开关电路

     

    2. 电路中遇到的问题及检测结果

    在使用图2做电源开关时,检测电源的波形发现,在开关导通的过程中对电源的输入端有一个电源下拉的现象。其使用环境为,输入电压为DC5V,输出DC5V,开关控制为LVTTL电平(3.3V)。其检测的情况如下所示。

    2.1 MOS管缓冲电容对电源开关的影响

    1. 当没有添加缓冲电容(图中C305,C302,C304,C303)的时候,其对电源下拉到4.2V以下。其检测波形如图3所示;
    2. 当只添加前端缓冲电容(C302,C305)时其电源下拉情况明显改善,电源下拉到4.5V左右,其检测波形如图4所示;
    3. 当只添加后端缓冲电容(C303,C304)时,其电源下拉情况也得到明显的改善,电源下拉到4.7V左右,其波形如图5所示;
    4. 当前后端缓冲电容(C305,C302,C304,C303)都加上时,其电源下拉情况和只添加后端电容时,区别不大。

     

    3  不加缓冲电容时的电源测试波形

     

    4加前端缓冲电容时的电源测试波形

    5  只加后端缓冲电容时的电源测试波形

     

    2.2 MOS管缓冲电阻对电源开关的影响

    这里的缓冲电阻我只测试了后端MOS管的缓冲电阻(R112)对电源开通时的影响。其测试条件为图2种有后端缓冲电容的情况。

    1. 当缓冲电阻(R112)为1K时,其后端电压上升时间为2.2ms,下拉影响在4.7V左右,波形上有明显的下拉迹象,波形如所示;
    2. 当缓冲电阻(R112)为12K时,其后端电压上升时间为19ms,下拉影响在4.8V左右,波形上没有有明显的下拉迹象,波形如所示;

    图6  缓冲电阻为1K时电源检测波形

     

    图7  缓冲电阻为12K时电源检测波形

    3. 问题原理分析

    3.1 测试结果推论

    从第2节遇到的问题与处理检测结果来看,MOS管做开关时对电源有一个固有的下拉现象,但可以通过控制MOS管的缓冲电阻、电容来改变MOS管的开通时间,从而控制电源下拉的幅度以及波形的平缓程度。

    3.2 资料查询分析

    查询PMOS管的手册(IRF9310的datasheet),找到一个MOS管的开关时间的波形图,可以支撑上面的推论。其图如下所示。

    图8  MOS管开关时间测试电路与波形

     

    其开关波形过程分析如下所示:   

    1. 当还没发下拉脉冲时,VGS=0,VDS=-VDD,此时MOS管关断;
    2. 当发送下拉脉冲时,VGS逐渐减小,VDS逐渐增加,此时MOS管开通,稳定时,VGS<0,VDS=0(PMOS的导通条件是VGS<0);

    我认为MOS管做开关时,对电源下拉就是这个VDS上升与VGS下降造成的,,而下拉幅度就是满值到VDS与VGS的交叉点。

    而在一个固定的电路中,最初与最终的VGS、VDS值是固定了的,我们能改变的就是Td(on)与Tr值(即我们可以通过外面的缓冲电阻与电容调节开关的导通时间)。当Td(on)与Tr值增大后,VGS与VDS的交叉点就相应往上抬了,则开通时对电源的下拉幅度就会小一些。

    4. 电路推荐

    用MOS管做开关时,对电源的下拉是必然有,但我们可以调节其下拉的幅度,因此电路中建议预留处缓冲电容与电压的位置(根据自己需要保留其一个或者全留)。

    此外一些商家也做了一些专用的负载开关,比如TI的TPS22975,其外围电路简单,且内部对性能有处理,其对电源的下拉幅度比较小,可以推荐使用。其简单电路图如图9所示,其手册开通的电源的影响如图10所示。

    从图10可以看出,专用芯片的开通关断对电源也有影响,只是影响很小。我用实际电路检测时,下拉幅度也在4.9V以内(对5V电源进行开通)。

    9  TPS22975的简单电路

     

    10  TPS22975的开通关断情况

     

     

     

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