當(dāng)前位置：首頁 > 消費(fèi)電子 > 消費(fèi)電子

MOSFET與MOSFET驅(qū)動(dòng)電路原理及應(yīng)用

時(shí)間：2009-12-29 13:26:23

關(guān)鍵字： MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路電路原理 MOS管

手機(jī)看文章

掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章

[導(dǎo)讀]　下面是我對(duì)MOSFET及MOSFET驅(qū)動(dòng)電路基礎(chǔ)的一點(diǎn)總結(jié)，其中參考了一些資料，非全部原創(chuàng)。包括MOS管的介紹，特性，驅(qū)動(dòng)以及應(yīng)用電路?！≡谑褂肕OS管設(shè)計(jì)開關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候，大部分人都會(huì)考慮MOS的導(dǎo)通電

　下面是我對(duì)MOSFET及MOSFET驅(qū)動(dòng)電路基礎(chǔ)的一點(diǎn)總結(jié)，其中參考了一些資料，非全部原創(chuàng)。包括MOS管的介紹，特性，驅(qū)動(dòng)以及應(yīng)用電路?！?/p>

在使用MOS管設(shè)計(jì)開關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候，大部分人都會(huì)考慮MOS的導(dǎo)通電阻，最大電壓等，最大電流等，也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的，但并不是優(yōu)秀的，作為正式的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是不允許的。

1、MOS管種類和結(jié)構(gòu)
　 MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET)，可以被制造成增強(qiáng)型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實(shí)際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的N溝道MOS管和增強(qiáng)型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。右圖是這兩種MOS管的符號(hào)。

　至于為什么不使用耗盡型的MOS管，不建議刨根問底。
　對(duì)于這兩種增強(qiáng)型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導(dǎo)通電阻小且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，一般都用NMOS。下面的介紹中，也多以NMOS為主。
　在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(如馬達(dá))，這個(gè)二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個(gè)的MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。下圖是MOS管的構(gòu)造圖，通常的原理圖中都畫成右圖所示的樣子。 (柵極保護(hù)用二極管有時(shí)不畫)

　 MOS管的三個(gè)管腳之間有寄生電容存在，如右圖所示。這不是我們需要的，而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些，但沒有辦法避免，在MOS管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)再詳細(xì)介紹。

2、MOS管導(dǎo)通特性
　導(dǎo)通的意思是作為開關(guān)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。
　 NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng))，只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。
　 PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，使用與源極接VCC時(shí)的情況(高端驅(qū)動(dòng))。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS。
　右圖是瑞薩2SK3418的Vgs電壓和Vds電壓的關(guān)系圖?？梢钥闯鲂‰娏鲿r(shí)，Vgs達(dá)到4V，DS間壓降已經(jīng)很小，可以認(rèn)為導(dǎo)通。

3、MOS開關(guān)管損失
　不管是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，因而在DS間流過電流的同時(shí)，兩端還會(huì)有電壓(如2SK3418特性圖所示)，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會(huì)減小導(dǎo)通損耗?，F(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。
　 MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)下降的過程，流過的電流有一個(gè)上升的過程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開關(guān)頻率越快，損失也越大。
　下圖是MOS管導(dǎo)通時(shí)的波形?？梢钥闯觯瑢?dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。降低開關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失；降低開關(guān)頻率，可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開關(guān)損失。

4、MOS管驅(qū)動(dòng)
　跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。
　在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì)比較大。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)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，普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管。
　上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需要有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小?，F(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的領(lǐng)域里，但在12V汽車電子系統(tǒng)里，一般4V導(dǎo)通就夠用了。
　 MOS管的驅(qū)動(dòng)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(xì)，所以不打算多寫了。
5、MOS管應(yīng)用電路
　 MOS管最顯著的特性是開關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也有照明調(diào)光。這三種應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域都有詳細(xì)的介紹，這里暫時(shí)不多寫了。以后有時(shí)間再總結(jié)。

本站聲明：本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布，目的在于傳遞更多信息，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)，本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者，如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。

換一批

CMOS耗盡模式技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)，第一部分

傳統(tǒng)上，耗盡型 MOSFET 被歸類為線性器件，因?yàn)樵礃O和漏極之間的傳導(dǎo)通道無法被夾斷，因此不適合數(shù)字開關(guān)。這種誤解的種子是由 Dawon Kahng 博士播下的，他在 1959 年發(fā)明了第一個(gè)耗盡型 MOSFET——只...

關(guān)鍵字： MOSFET 數(shù)字開關(guān)

[TsinghuaJoking]

MOS管的Miller 效應(yīng)

MOS管的米勒效應(yīng)會(huì)在高頻開關(guān)電路中，延長(zhǎng)開關(guān)頻率、增加功耗、降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，可謂是臭名昭著，各大廠商都在不遺余力的減少米勒電容。

關(guān)鍵字： MOS管 Miller 效應(yīng)

[功率器件]

柵極驅(qū)動(dòng)器的重要性，第二部分

為了最大限度地減少開關(guān)階段的功耗，必須盡快對(duì)柵極電容器進(jìn)行充電和放電。市場(chǎng)提供了特殊的電路來最小化這個(gè)過渡期。如果驅(qū)動(dòng)器可以提供更高的柵極電流，則功率損耗會(huì)降低，因?yàn)楣β仕矐B(tài)的峰值會(huì)更短。一般來說，柵極驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行以下任務(wù)...

關(guān)鍵字：柵極驅(qū)動(dòng)器 MOSFET

[英飛凌]

采用高可信度的MOSFET模型進(jìn)行基于模型的功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)功率轉(zhuǎn)換器時(shí)，可以使用仿真模型在多個(gè)設(shè)計(jì)維度之間進(jìn)行權(quán)衡。使用有源器件的簡(jiǎn)易開關(guān)模型可以進(jìn)行快速仿真，帶來更多的工程洞見。然而，與制造商精細(xì)的器件模型相比，這種簡(jiǎn)易的器件模型無法在設(shè)計(jì)中提供與之相匹敵的可信度。本文...

關(guān)鍵字：英飛凌 MOSFET

[意法半導(dǎo)體]

意法半導(dǎo)體推出符合 VDA 標(biāo)準(zhǔn)的LIN 交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓器，提高 12V 汽車電氣系統(tǒng)的性能和靈活性

該穩(wěn)壓器內(nèi)置一個(gè)MOSFET和一個(gè)續(xù)流二極管，MOSFET提供交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，當(dāng)勵(lì)磁關(guān)閉時(shí)，續(xù)流二極管負(fù)責(zé)提供轉(zhuǎn)子電流。發(fā)電機(jī)閉環(huán)運(yùn)行具有負(fù)載響應(yīng)控制 (LRC)和回路LRC控制，當(dāng)車輛的整體電能需求不斷變化時(shí)，使輸...

關(guān)鍵字：意法半導(dǎo)體穩(wěn)壓器 MOSFET 續(xù)流二極管

[半導(dǎo)體工程師]

新品推薦：-60V SGT介紹

2022年樂瓦微推出新一代-60V P 溝道 SGT MOSFET系列產(chǎn)品,性能達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。P 溝道 MOSFET采用空穴流作為載流子，其遷移率小于N溝道 MOSFET 中的電子流，獨(dú)特的柵極負(fù)壓開啟機(jī)制，使其成為...

關(guān)鍵字： MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)

[電源電路]

電力電子課程：第 7 部分 - 功率元件MOSFET和IGBT

在上一集中觀察到的雙極晶體管的缺點(diǎn)是開關(guān)時(shí)間太長(zhǎng)，尤其是在高功率時(shí)。這樣，它們不能保證良好的飽和度，因此開關(guān)損耗是不可接受的。由于采用了“場(chǎng)效應(yīng)”技術(shù)，使用稱為 Power-mos 或場(chǎng)效應(yīng)功率晶體管的開關(guān)器件，這個(gè)問題...

關(guān)鍵字：電力電子 MOSFET IGBT

[電路啊]

幾塊錢就包郵，手持小風(fēng)扇的電路原理

天氣很熱的時(shí)候，一把手持小風(fēng)扇可讓男生免于汗流浹背，女生不用香汗淋漓。

關(guān)鍵字：手持小風(fēng)扇電路原理

[功率器件]

評(píng)估 SiC 在汽車行業(yè)之外的潛力

碳化硅 (SiC) 因其更高的開關(guān)頻率和更高的結(jié)溫而被稱為汽車行業(yè)傳統(tǒng) Si IGBT 器件的繼承者。此外，在過去五年中，汽車行業(yè)已成為基于 SiC 的逆變器的公共試驗(yàn)場(chǎng)。事實(shí)證明，通過 SiC 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) DC 到 A...

關(guān)鍵字：碳化硅 (SiC) MOSFET

[功率器件]

使用 SiC MOSFET 提高工業(yè)驅(qū)動(dòng)能效

工業(yè)電源應(yīng)用基于強(qiáng)大的電動(dòng)機(jī)，可以在風(fēng)扇、泵、伺服驅(qū)動(dòng)器、壓縮機(jī)、縫紉機(jī)和冰箱中找到。三相電動(dòng)機(jī)是最常見的電動(dòng)機(jī)類型，它由適當(dāng)?shù)幕谀孀兤鞯尿?qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。它可以吸收一個(gè)行業(yè)高達(dá) 60% 的全部電力需求，因此對(duì)于驅(qū)動(dòng)器提供高...

關(guān)鍵字： Si MOSFET 工業(yè)電源