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MOS管开关电路知识-解析MOS管在开关电路中的使用

返回列表来源:雷火 发布日期 2020-06-26 浏览:-

MOS管开关电路知识-解析MOS管在开关电路中的使用

MOS管开关电路是利用MOS管栅极(g)控制MOS管源极(s)和漏极(d)通断的原理构造的电路。因MOS管分为N沟道与P沟道,所以开关电路也主要分为两种。

一般情况下普遍用于高端驱动的MOS,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。(所以看手册,具体分析)

MOS管是电压驱动,按理说只要栅极电压到到开启电压就能导通DS,栅极串多大电阻均能导通。但如果要求开关频率较高时,栅对地或VCC可以看做是一个电容,对于一个电容来说,串的电阻越大,栅极达到导通电压时间越长,MOS处于半导通状态时间也越长,在半导通状态内阻较大,发热也会增大,极易损坏MOS,所以高频时栅极栅极串的电阻不但要小,一般要加前置驱动电路的。

MOS管也就是常说的场效应管(FET),有结型场效应管、绝缘栅型场效应管(又分为增强型和耗尽型场效应管)。也可以只分成两类P沟道和N沟道,这里我们就按照P沟道和N沟道分类。对MOS管分类不了解的可以自己上网查一下。

场效应管的作用主要有信号的转换、控制电路的通断,这里我们讲解的是MOS管作为开关管的使用。对于MOS管的选型,注意4个参数:漏源电压(D、S两端承受的电压)、工作电流(经过MOS管的电路)、开启电压(让MOS管导通的G、S电压)、工作频率(最大的开关频率)。下面我们看一下MOS管的引脚,如下图所示:   MOS管,MOS管开关电路

有3个引脚,分别为G(栅极)、S(源极)、D(漏极)。在开关电路中,D和S相当于需要接通的电路两端,G为开关控制。这里给大家分享一个自己的分辨P沟道和N沟道的方法,我们就看中间的箭头,把G(栅极)连接的部分当做沟道,大家都知道PN结,而不是NP结,那么就是P指向N的,所以脑海里想到这样的情景 P-->N,所以箭头都是P-->N的,那么中间的箭头指向的就是N,如果指向沟道那就是N沟道,如果指向的是S(没有指向沟道),那就是P沟道。这个方法也适用于三极管的判别(NPN、PNP)。

在上图中我们可以看到右边都有一个寄生二极管,起到保护的作用。那么根据二极管的单向导电性我们也能知道在电路连接中,D和S应该如何连接。使用有寄生二极管的N沟道MOS管的情况下,D的电压要高于S的电压,否则MOS管无法正常工作(二极管导通)。使用有寄生二极管的P沟道MOS管,S的电压要高于D的电压,原因同上。

下面是MOS管的导通条件,只要记住电压方向与中间箭头方向相反即为导通(当然这个相反电压需要达到MOS管的开启电压)。比如导通电压为3V的N沟道MOS管,只要G的电压比S的电压高3V即可导通(D的电压也要比S的高)。同理,导通电压为3V的P沟道MOS管,只要G的电压比S的电压低3V即可导通(S的电压比D的高)。在电路中的典型应用如下图所示,分别为N沟道与P沟道的MOS管驱动电路:                

MOS管,MOS管开关电路

MOS管,MOS管开关电路

我们可以看到,N沟道的MOS管的电路中,BEEP引脚为高电平即可导通,蜂鸣器发出声音,低电平关闭蜂鸣器;P沟道的MOS管是用来控制GPS模块的电源通断,GPS_PWR引脚为低电平时导通,GPS模块正常供电,高电平时GPS模块断电。

以上两个应用电路中,N沟道和P沟道MOS管不能互相替代,如下两个应用电路不能正常工作:

MOS管,MOS管开关电路

MOS管,MOS管开关电路

MOS开关电路管损失

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。

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