MOS管的N沟道与P沟道之间的关系

电源电路图

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描述

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。

MOS管

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。

1.导通特性

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。

2.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管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,而且开关频率越高,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。

MOS管

3.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。

MOS管

N沟道和P沟道简单的判断方法

MOS管符号上的三个脚的辨认要抓住关键地方 :

MOS管

G极,不用说比较好认。S极,不论是P沟道还是N沟道,两根线相交的就是。D极,不论是P沟道还是N沟道,是单独引线的那边。

2. 他们是N沟道还是P沟道?

三个脚的极性判断完后,接下就该判断是P沟道还是N沟道了:

MOS管

MOS管

当然也可以先判断沟道类型,再判断三个脚极性,判断沟道之后,再判断三个脚极性。

MOS管

3. 寄生二极管的方向如何判定?

接下来,是寄生二极管的方向判断:

MOS管

它的判断规则就是: N沟道,由S极指向D极;P沟道,由D极指向S极。

4. 简单的判断方法

上面方法不太好记,一个简单的识别方法是:

(想像DS边的三节断续线是连通的)

MOS管

不论N沟道还是P沟道MOS管,中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭头方向总是一致的:要么都由S指向D,要么都由D指向S。

5. MOS管能干吗用?

在我们天天面对的笔记本主板上,MOS管有一个很重要的作用:开关作用

MOS管

以上MOS开关实现的是信号切换(高低电平切换)。再来看个MOS开关实现电压通断的例子吧,MOS开关实现电压通断的例子:由+1.5V_SUS产生+1.5V电路

MOS管

看过前面的例子,你能总结出“MOS管用做开关时在电路中的连接方法”吗?其实关键就是:确定哪一个极连接输入端;哪个极连接输出端。

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