一般情況下普遍用於高端驅動的MOS

，導通時需要是柵極電壓大於源極電壓，而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個係統裏
，要得到比VCCdadedianya，jiuyaozhuanmendeshengyadianlule。henduomadaqudongqidoujichengledianhebeng
，yaozhuyideshiyinggaixuanzeheshidewaijiedianrong
，yidedaozugoudeduanludianliuququdongMOS管。

 

MOS管是電壓驅動，按理說隻要柵極電壓到到開啟電壓就能導通DS
，柵極串多大電阻均能導通。但如果要求開關頻率較高時
，柵對地或VCC可以看做是一個電容

，對於一個電容來說，串的電阻越大，柵極達到導通電壓時間越長
，MOS處於半導通狀態時間也越長，在半導通狀態內阻較大，發熱也會增大
，極易損壞MOS
，所以高頻時柵極柵極串的電阻不但要小
，一般要加前置驅動電路的。

 

 

1 MOS管種類和結構

 

MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET)，可以被製造成增強型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實際應用的隻有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。

 

對於這兩種增強型MOS管，比較常用的是NMOS —— 原因是導通電阻小，且容易製造，所以開關電源和馬達驅動的應用中
，一般都用NMOS。

 

MOSguandesangeguanjiaozhijianyoujishengdianrongcunzai，zhebushiwomenxuyaode
，ershiyouyuzhizaogongyixianzhichanshengde。jishengdianrongdecunzaishidezaishejihuoxuanzequdongdianludeshihouyaomafanyixie，danmeiyoubanfabimian
，houbianzaixiangxijieshao。

 

在MOS管的漏極和源極之間有一個寄生二極管，這個叫體二極管，在驅動感性負載(如馬達)，這個二極管很重要。順便說一句
，體二極管隻在單個的MOS管中存在，在集成電路芯片內部通常是沒有的。

 

2 MOS管導通特性

 

導通的意思是作為開關，相當於開關閉合。

 

NMOS的特性，Vgs大於一定的值就會導通，適合用於源極接地時的情況(低端驅動)
，隻要柵極電壓達到4V或10V就可以了。PMOS的特性
，Vgs小於一定的值就會導通，適合用於源極接VCC時的情況(高端驅動)。

 

但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動
，但由於導通電阻大，價格貴
，替換種類少等原因，在高端驅動中
，通常還是使用NMOS。

 

3 MOS開關管損失

 

不管是NMOS還是PMOS，導通後都有導通電阻存在，這樣電流就會在這個電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗。現在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。

 

MOS在導通和截止的時候
，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程，流過的電流有一個上升的過程，在這段時間內，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多，而且開關頻率越快
，損失也越大。

 

導通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。縮短開關時間，可以減小每次導通時的損失；降低開關頻率
，可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。

 

4 MOS管驅動

 

跟雙極性晶體管相比，一般認為使MOS管導通不需要電流
，隻要GS電壓高於一定的值，就可以了。這個很容易做到，但是，我們還需要速度。

 

在MOS管的結構中可以看到
，在GS和GD之間存在寄生電容
，而MOS管guan的de驅qu動dong，實shi際ji上shang就jiu是shi對dui電dian容rong的de充chong放fang電dian。對dui電dian容rong的de充chong電dian需xu要yao一yi個ge電dian流liu
，因yin為wei對dui電dian容rong充chong電dian瞬shun間jian可ke以yi把ba電dian容rong看kan成cheng短duan路lu，所suo以yi瞬shun間jian電dian流liu會hui比bi較jiao大da。選xuan擇ze/設計MOS管驅動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。

 

而在進行MOSFET的選擇時，因為MOSFET有兩大類型：N溝道和P溝道。在功率係統中，MOSFET可被看成電氣開關。當在N溝道MOSFET的柵極和源極間加上正電壓時，其開關導通。導通時，電流可經開關從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個內阻，稱為導通電阻RDS(ON)。

 

必須清楚MOSFET的de柵zha極ji是shi個ge高gao阻zu抗kang端duan，因yin此ci，總zong是shi要yao在zai柵zha極ji加jia上shang一yi個ge電dian壓ya，這zhe就jiu是shi後hou麵mian介jie紹shao電dian路lu圖tu中zhong柵zha極ji所suo接jie電dian阻zu至zhi地di。如ru果guo柵zha極ji為wei懸xuan空kong，器qi件jian將jiang不bu能neng按an設she計ji意yi圖tu工gong作zuo
，並bing可ke能neng在zai不bu恰qia當dang的de時shi刻ke導dao通tong或huo關guan閉bi，導dao致zhi係xi統tong產chan生sheng潛qian在zai的de功gong率lv損sun耗hao。當dang源yuan極ji和he柵zha極ji間jian的de電dian壓ya為wei零ling時shi，開kai關guan關guan閉bi，而er電dian流liu停ting止zhi通tong過guo器qi件jian。雖sui然ran這zhe時shi器qi件jian已yi經jing關guan閉bi
，但dan仍reng然ran有you微wei小xiao電dian流liu存cun在zai，這zhe稱cheng之zhi為wei漏lou電dian流liu，即jiIDSS。

 

 

第一步：選用N溝道還是P溝道

 

為設計選擇正確器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道MOSFET。在典型的功率應用中，當一個MOSFET接地，而負載連接到幹線電壓上時
，該MOSFET就構成了低壓側開關。在低壓側開關中，應采用N溝道MOSFET，這是出於對關閉或導通器件所需電壓的考慮。

 

當MOSFET連接到總線及負載接地時，就要用高壓側開關。通常會在這個拓撲中采用P溝道MOSFET
，這也是出於對電壓驅動的考慮。

 

第二步：確定額定電流

 

第二步是選擇MOSFET的額定電流，視電路結構而定，該額定電流應是負載在所有情況下能夠承受的最大電流。與電壓的情況相似
，設計人員必須確保所選的MOSFET能承受這個額定電流
，即使在係統產生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續模式和脈衝尖峰。

 

在連續導通模式下，MOSFET處於穩態
，此時電流連續通過器件。脈衝尖峰是指有大量電湧(或尖峰電流)流過器件，一旦確定了這些條件下的最大電流，隻需直接選擇能承受這個最大電流的器件便可。

 

選好額定電流後
，還必須計算導通損耗。在實際情況下，MOSFET並不是理想的器件，因為在導電過程中會有電能損耗，這稱之為導通損耗。MOSFET在“導通”時就像一個可變電阻，由器件的RDS(ON)所確定，並隨溫度而顯著變化。

 

器件的功率耗損可由Iload2×RDS(ON)計算，由於導通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會隨之按比例變化。對MOSFET施加的電壓VGS越高，RDS(ON)就會越小，反之RDS(ON)就會越高。

 

對係統設計人員來說，這就是取決於係統電壓而需要折中權衡的地方。對便攜式設計來說，采用較低的電壓比較容易(較為普遍)，而對於工業設計，可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會隨著電流輕微上升，關於RDS(ON)電阻的各種電氣參數變化可在製造商提供的技術資料表中查到。

 

第三步：確定熱要求

 

選擇MOSFETdexiayibushijisuanxitongdesanreyaoqiu。shejirenyuanbixukaolvliangzhongbutongdeqingkuang，jizuihuaiqingkuanghezhenshiqingkuang。jianyicaiyongzhenduizuihuaiqingkuangdejisuanjieguo，yinweizhegejieguotigonggengdadeanquanyuliang，nengquebaoxitongbuhuishixiao。zaiMOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數據，比如封裝器件的半導體結與環境之間的熱阻，以及最大的結溫。

 

器件的結溫等於最大環境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積(結溫=最大環境溫度+[熱阻×功率耗散])，根據這個方程可解出係統的最大功率耗散
，即按定義相等於I2×RDS(ON)。由於設計人員已確定將要通過器件的最大電流，因此可以計算出不同溫度下的RDS(ON)。值得注意的是
，在處理簡單熱模型時，設計人員還必須考慮半導體結/器件外殼及外殼/環境的熱容量，即要求印刷電路板和封裝不會立即升溫。

 

通常，一個PMOS管，會有寄生的二極管存在，該二極管的作用是防止源漏端反接，對於PMOS而言，比起NMOS的優勢在於它的開啟電壓可以為0,而DS電壓之間電壓相差不大，而NMOS的導通條件要求VGS要大於閾值
，這將導致控製電壓必然大於所需的電壓，會出現不必要的麻煩。

 

選用PMOS作為控製開關

，有下麵兩種應用：

 

1

 

 

由PMOS來進行電壓的選擇，當V8V存在時，此時電壓全部由V8V提供，將PMOS關閉，VBAT不提供電壓給VSIN，而當V8V為低時
，VSIN由8V供電。注意R120的接地，該電阻能將柵極電壓穩定地拉低，確保PMOS的正常開啟，這也是前文所描述的柵極高阻抗所帶來的狀態隱患。D9和D10的作用在於防止電壓的倒灌。D9可以省略。這裏要注意到實際上該電路的DS接反，這樣由附生二極管導通導致了開關管的功能不能達到，實際應用要注意。

 

2

 

 

來看這個電路，控製信號PGC控製V4.2是否給P_GPRS供電。此電路中，源漏兩端沒有接反
，R110與R113存在的意義在於R110控製柵極電流不至於過大，R113控製柵極的常態，將R113上拉為高，截至PMOS，同時也可以看作是對控製信號的上拉。當MCU內部管腳並沒有上拉時，即輸出為開漏時，並不能驅動PMOS關閉，此時
，就需要外部電壓給予的上拉

，所以電阻R113起到了兩個作用。R110可以更小，到100歐姆也可。

 

5 MOS管的開關特性

 

靜態特性

 

MOS管作為開關元件，同樣是工作在截止或導通兩種狀態。由於MOS管是電壓控製元件，所以主要由柵源電壓uGS決定其工作狀態。

 

工作特性如下：

 

uGS開啟電壓UT：MOS管工作在截止區
，漏源電流iDS基本為0，輸出電壓uDS≈UDD，MOS管處於“斷開”狀態，其等效電路如下圖所示。

 

 

uGS>開啟電壓UT：MOS管工作在導通區
，漏源電流iDS=UDD/(RD+rDS)。其中，rDS為MOS管導通時的漏源電阻。輸出電壓UDS=UDD·rDS/(RD+rDS)，如果rDS《RD，則uDS≈0V
，MOS管處於“接通”狀態，其等效電路如上圖(c)所示。

 

動態特性

 

MOS管在導通與截止兩種狀態發生轉換時同樣存在過渡過程，但其動態特性主要取決於與電路有關的雜散電容充、放電所需的時間，而管子本身導通和截止時電荷積累和消散的時間是很小的。下圖分別給出了一個NMOS管組成的電路及其動態特性示意圖。

 

NMOS管動態特性示意圖

 

當輸入電壓ui由高變低，MOS管由導通狀態轉換為截止狀態時
，電源UDD通過RD向雜散電容CL充電
，充電時間常數τ1=RDCL，所以
，輸出電壓uo要通過一定延時才由低電平變為高電平。

 

當輸入電壓ui由低變高，MOS管由截止狀態轉換為導通狀態時，雜散電容CL上的電荷通過rDS進行放電，其放電時間常數τ2≈rDSCL。可見，輸出電壓Uo也要經過一定延時才能轉變成低電平。但因為rDS比RD小得多
，所以，由截止到導通的轉換時間比由導通到截止的轉換時間要短。

 

由於MOS管導通時的漏源電阻rDS比晶體三極管的飽和電阻rCES要大得多，漏極外接電阻RD也比晶體管集電極電阻RC大，所以，MOS管的充

、放電時間較長，使MOS管的開關速度比晶體三極管的開關速度低。不過

，在CMOS電路中，由於充電電路和放電電路都是低阻電路，因此，其充、放電過程都比較快

，從而使CMOS電路有較高的開關速度。