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  • 在实际项目中,我们基本都用增强型mos管,分为N沟道和P沟道两种。我们常用的是NMOS,因为其导通电阻小,且容易制造。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...

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    在实际项目中,我们基本都用增强型mos管,分为N沟道和P沟道两种。我们常用的是NMOS,因为其导通电阻小,且容易制造。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。

    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。

    下面是我对MOSFET及MOSFET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MOS管的介绍,特性,驱动以及应用电路。

    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。

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    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做开关管的知识

    一般来讲,三极管是电流驱动的,MOSFET是电压驱动的,因为我是用CPLD来驱动这个开关,所以选择了用MOSFET做,这样也可以节省系统功耗吧,在做开关管时有一个必须注意的事项就是输入和输入两端间的管压降问题,比如一个5V的电源,经过管子后可能变为了4.5V,这时候要考虑负载能不能接受了,我曾经遇到过这样的问题就是负载的最小工作电压就是5V了,经过管子后发现系统工作不起来,后来才想起来管子上占了一部分压降了,类似的问题还有在使用二极管的时候(尤其是做电压反接保护时)也要注意管子的压降问题

    开关电路原则

    a. BJT三极管

    只要发射极e 对电源短路 就是电子开关用法

    N管 发射极E 对电源负极短路. (搭铁)

    低边开关 ;b-e 正向电流 饱和导通

    P管 发射极E 对电源正极短路.

    高边开关 ;b-e 反向电流 饱和导通

    b. FET场效应管MOSFET

    只要源极S 对电源短路 就是电子开关用法

    N管 源极S 对电源负极短路. (搭铁) 低边开关 ;

    栅-源 正向电压 导通

    P管 源极S 对电源正极短路. 高边开关;

    栅-源 反向电压 导通

    总结:

    低边开关用 NPN 管

    高边开关用 PNP 管

    场效应管理论上栅-源有大于 漏-源导通条件的电压就 就OK

    假如原来用 NPN 三极管作 ECU 氧传感器 加热电源控制低边开关

    则直接用

    N-Channel场效应管代换 ;或看情况修改 下拉或上拉电阻

    基极--栅极

    集电极--漏极

    发射极--源极

    用PMOSFET构成的电源自动切换开关

    需要电池供电的便携式设备中,有的电池充电是在系统充电,即充电时电池不用拔下来。另外为了节省功耗,需要在插入墙上适配器电源时,系统自动切换为适配器供电,断开电池与负载的连接;如果拔掉适配器电源,系统自动切换为电池供电。本电路用一个PMOSFET构成这种自动切换开关。

    图中的V_BATT表示电池电压,VIN_AC表示适配器电压。当插入适配器电源时,VIN_AC电压高于电池电压(否则适配器电源就不能对电池充电),Vgs>0,MOSFET截止,系统由适配器供电。拔去适配器电源,则栅极电压为零,而与MOSFET封装在一体的施特基二极管使源极电压近似为电池电压,导致Vgs小于Vgsth,MOSFET导通,从而系统由电池供电。

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    开关电路图

    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。

    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。

    6、MOS管开关总结

    以上知识,在选MOSFET开关时,首先选MOS管的VDS电压,和其VGS开启电压,再就是ID电流值是否满足系统需要,然后再考虑封装了,功耗了,价格了之类次要一些的因素了,以上是用P沟道MOS管做的例子,N沟道的其实也是基本上一样用的..

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      【电路】MOS管-N场效应管双向电平转换电路--适用于低频信号电平转换的简单应用

      如上图所示,是MOS管-N场效应管双向电平转换电路。

            

      双向传输原理:

      为了方便讲述,定义3.3V为A端,5.0V为B端。

      A端输出低电平时(0V),MOS管导通,B端输出是低电平(0V)

      A端输出高电平时(3.3V),MOS管截至,B端输出是高电平(5V)

      A端输出高阻时(OC),MOS管截至,B端输出是高电平(5V)

            

      B端输出低电平时(0V),MOS管内的二极管导通,从而使MOS管导通,A端输出是低电平(0V)

      B端输出高电平时(5V),MOS管截至,A端输出是高电平(3.3V)

      B端输出高阻时(OC),MOS管截至,A端输出是高电平(3.3V)

            

      优点:

      1、适用于低频信号电平转换,价格低廉。

      2、导通后,压降比三极管小。

      3、正反向双向导通,相当于机械开关。

      4、电压型驱动,当然也需要一定的驱动电流,而且有的应用也许比三极管大。

             

      

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  • A端输出低电平时(0V),MOS管导通,B端输出是低电平(0V) A端输出高电平时(3.3V),MOS管截至,B端输出是高电平(5V) A端输出高阻时(OC),MOS管截至,B端输出是高电平(5V) B端输出低电平时(0V...

    如上图所示,是 MOS-N 场效应管 双向电平转换电路。 
    双向传输原理:  
    为了方便讲述,定义 3.3V 为 A 端,5.0V 为 B 端。  

    A端输出低电平时(0V)  ,MOS管导通,B端输出是低电平(0V)  
    A端输出高电平时(3.3V),MOS管截至,B端输出是高电平(5V)  
    A端输出高阻时(OC)    ,MOS管截至,B端输出是高电平(5V)  

    B端输出低电平时(0V)  ,MOS管内的二极管导通,从而使MOS管导通,A端输出是低电平(0V)  
    B端输出高电平时(5V)  ,MOS管截至,A端输出是高电平(3.3V)  
    B端输出高阻时(OC)    ,MOS管截至,A端输出是高电平(3.3V)  

    优点: 
    1、适用于低频信号电平转换,价格低廉。 
    2、导通后,压降比三极管小。 
    3、正反向双向导通,相当于机械开关。 
    4、电压型驱动,当然也需要一定的驱动电流,而且有的应用也许比三极管大。

     

    注意:R1和R2可根据实际情况添加或去除

     

     

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  • 【电路】 MOS-N 场效应管 双向电平转换电路 -- 适用于低频信号电平转换的简单应用 (原文件名:MOS-N 场效应管 双向电平转换电路.jpg) ...A端输出低电平时(0V) ,MOS管导通,B端输出是低电平(0V) A端输出
    【电路】 MOS-N 场效应管 双向电平转换电路 -- 适用于低频信号电平转换的简单应用


    (原文件名:MOS-N 场效应管 双向电平转换电路.jpg)
    如上图所示,是 MOS-N 场效应管 双向电平转换电路。
    双向传输原理:
    为了方便讲述,定义 3.3V 为 A 端,5.0V 为 B 端。

    A端输出低电平时(0V) ,MOS管导通,B端输出是低电平(0V)
    A端输出高电平时(3.3V),MOS管截至,B端输出是高电平(5V)
    A端输出高阻时(OC) ,MOS管截至,B端输出是高电平(5V)

    B端输出低电平时(0V) ,MOS管内的二极管导通,从而使MOS管导通,A端输出是低电平(0V)
    B端输出高电平时(5V) ,MOS管截至,A端输出是高电平(3.3V)
    B端输出高阻时(OC) ,MOS管截至,A端输出是高电平(3.3V)

    优点:
    1、适用于低频信号电平转换,价格低廉。
    2、导通后,压降比三极管小。
    3、正反向双向导通,相当于机械开关。
    4、电压型驱动,当然也需要一定的驱动电流,而且有的应用也许比三极管大。
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