实战讲解:为什么MOS管要并联个二极管?

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原文来自原创书籍《硬件设计指南 从器件认知到手机基带设计》:

MOS管

根据导电沟道的不同,MOS可以细分为NMOS和PMOS两种。图1-49 是NMOS的示意图,从图中红色框内可以看到,MOS在D、S极之间并联了一个二极管,有人说这个二极管是寄生二极管,有人说是体二极管,很多同学非常好奇:为什么要并联这个二极管?是否可以删除?有什么用呢?

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图1-49  MOS与寄生二极管/体二极管

这要从MOS的工艺和结构说起,不管是MOS还是二极管,都是由半导体材料构成,我们都知道二极管是由一对PN结组成,见图1-50 ,P型区对应二极管的阳极,N型区对应二极管的阴极,中间是PN结。

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图1-50  二级管和PN结

我们回过头看下MOS结构,从图1-51 (1)可以看出,MOS中的氧化物O指的是二氧化硅SiO2,SiO2不导电,所以G极基本不走电流,MOS是电压驱动器件,因此MOS功耗比较低。从图1-51 (1)还可以看出,MOS除了D、G、S三个极之外,还有一个中间极,中间极和S极有连接关系(虚线),因此(2)MOS的电路符号中,会将MOS内部指向沟道的箭头和S极连接在一起(凡事有因有果,世界上没有无缘无故的爱也没有无缘无故的恨)。

从图1-51 (3)中可以看到,从D极的N型区->中间P型区->S极,刚好构成了一个二极管结构(结合图1-50 理解),这就是MOS符号中并联了一个二极管的原因。

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图1-51  MOS与PN结

从上面的分析可以知道,这个二极管是MOS结构和工艺使然的,说它是寄生二极管其实不太合适,体二极管(body-diode)的称呼还是相对准确一些。那么这个体二极管,有什么用呢?在一些场景下,是不希望有这个二极管的存在,这会使得S极和D极之间有漏电的可能性。

有恨必有爱,在另一些场景下就是利用这个二极管导电的特性,让系统正常工作。后面章节电池保护原理中就有介绍,有的电池保护板,在锂电池过放后,会开启保护功能:关闭放电MOS。当插上充电器后,就利用MOS体二极管,使得电路导通,系统正常工作,见图1-52 ,以上就是MOS符号并联二极管的原因以及使用介绍。

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图1-52  MOS体二极管的续流作用

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审核编辑 黄宇

 

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