n溝道m(xù)os管開關(guān)電路-詳解n溝道m(xù)os管電源開關(guān)電路圖-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-06-29
n溝道m(xù)os管開關(guān)電路
項(xiàng)目中最常用的為增強(qiáng)型mos管，分為N溝道和P溝道兩種。
由于n溝道m(xù)os管開關(guān)電路其導(dǎo)通電阻小，且容易制造所以項(xiàng)目中大部分用到的是n溝道m(xù)os管開關(guān)電路。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。寄生二極管只在單個(gè)的MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。
1.導(dǎo)通特性
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接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NMOS，n溝道m(xù)os管開關(guān)電路。
n溝道m(xù)os管開關(guān)電路的特性，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，雖然4V就導(dǎo)通了，但是為了完全導(dǎo)通電壓在其可承受范圍應(yīng)該盡量大一些。
2.MOS開關(guān)管損失
不管是n溝道m(xù)os管開關(guān)電路還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，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。現(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)頻率越高，損失也越大。
導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大?？s短開關(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。
3.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n溝道m(xù)os管開關(guān)電路，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。
由于具有較低的導(dǎo)通電阻（RDS(on)）和較小尺寸，N溝道MOSFET在產(chǎn)品選擇上超過了P溝道。在降壓穩(wěn)壓器應(yīng)用中，基于柵控電壓極性、器件尺寸和串聯(lián)電阻等多種因素，使用P溝道MOSFET或N溝道MOSFET作為主開關(guān)。同步整流器應(yīng)用幾乎總是使用N溝道技術(shù)，這主要是因?yàn)镹溝道的RDS(on)小于P溝道的，并且通過在柵極上施加正電壓導(dǎo)通。
MOSFET多數(shù)是載流子器件， N溝道MOSFET在導(dǎo)電過程中有電子流動(dòng)。 P溝道在導(dǎo)電期間使用被稱為空穴的正電荷。電子的流動(dòng)性是空穴的三倍。盡管沒有直接的相關(guān)性，就RDS(on)而言，為得到相等的值，P溝道的管芯尺寸大約是N溝道的三倍。因此N溝道的管芯尺寸更小。
n溝道m(xù)os管開關(guān)電路N溝道MOSFET在柵-源極端子上施加適當(dāng)閾值的正電壓時(shí)導(dǎo)通；P溝道MOSFET通過施加給定的負(fù)的柵-源極電壓導(dǎo)通。
MOSFET的柵控決定了它們?cè)赟MPS轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用。例如，N溝道MOSFET更適用于以地為參考的低側(cè)開關(guān)，特別是用于升壓、SEPIC、正向和隔離反激式轉(zhuǎn)換器。在同步整流器應(yīng)用以及以太網(wǎng)供電（PoE）輸入整流器中，低側(cè)開關(guān)也被用來代替二極管作為整流器。P溝道MOSFET最常用作輸入電壓低于15VDC的降壓穩(wěn)壓器中的高側(cè)開關(guān)。根據(jù)應(yīng)用的不同，N溝道MOSFET也可用作降壓穩(wěn)壓器高側(cè)開關(guān)。這些應(yīng)用需要自舉電路或其它形式的高側(cè)驅(qū)動(dòng)器。
圖1：具有電平移位器的高側(cè)驅(qū)動(dòng)IC
圖2：用自舉電路對(duì)高側(cè)N溝道MOSFET進(jìn)行柵控
極性決定了n溝道m(xù)os管開關(guān)電路MOSFET的圖形符號(hào)。不同之處在于體二極管和箭頭符號(hào)相對(duì)于端子的方向。
圖3：P溝道和N溝道MOSFET的原理圖
注意體二極管和箭頭相對(duì)漏極（D）和源極（S）端子的方向。
n溝道m(xù)os管開關(guān)電路極性和MOSFET工作特性
極性決定了MOSFET的工作特性。 對(duì)N溝道器件為正的電流和電壓對(duì)P溝道器件為負(fù)值。
圖4：MOSFET第一象限特征
在有充足電壓施加到柵-源極端子的歐姆區(qū)域（ohmic region），n溝道m(xù)os管開關(guān)電路MOSFET“完全導(dǎo)通”。在對(duì)比圖中，N溝道歐姆區(qū)的VGS是7V，而P溝道的是-4.5V。
隨著柵極電壓增加，歐姆曲線的斜率變得更陡，表明器件導(dǎo)電能力更強(qiáng)。施加的柵極電壓越高，n溝道m(xù)os管開關(guān)電路MOSFET的RDS(on)就越小。在某些應(yīng)用中，對(duì)MOSFET進(jìn)行柵控的是可以提供令人滿意的RDS(on)的電壓。額外的柵極電壓會(huì)因?C x Vgs x Vgs x f產(chǎn)生功耗，其中柵極電荷和開關(guān)頻率在確定MOSFET技術(shù)的最終工作點(diǎn)和選用方面起著重要作用。
MOSFET既可工作在第一象限，也可工作在第三象限。沒有施加?xùn)?源極電壓時(shí)，寄生體二極管導(dǎo)通。當(dāng)柵極沒有電壓時(shí)，流入漏極的電流類似于典型的二極管曲線。
圖5：未柵控N溝道MOSFET工作于第三象限的典型特性
施加?xùn)艠O電壓時(shí)，根據(jù)VGS的值會(huì)產(chǎn)生非線性曲線。當(dāng)VGS超過10V時(shí)，n溝道m(xù)os管開關(guān)電路完全在第三象限歐姆區(qū)內(nèi)工作。然而，當(dāng)柵極電壓低于10V時(shí)，二極管電壓鉗位于各種漏極電流水平。在非線性曲線中見到的彎曲是二極管和歐姆區(qū)之間的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。
圖6：施加?xùn)艠O電壓時(shí)，N溝道MOSFET工作在第三象限的典型特性
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