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1.MOS管基础知识9 l$ G2 a0 M: c. Q) \: g* ^# T
1.1 怎么判断MOS管的三个极0 z% g3 T& ^, p5 k( N3 M
) f( D# l+ [( _; n2 \2 ~4 m
9 C8 L/ |, g7 L) O" W
: C, f( ~$ ?; E) w2 {
G:栅极,中间极
: z4 \& z# y* R6 ~8 s, yS:源极,两根线交叉在一起 k, L5 ?' a- w: ~2 t9 z
D:漏极,剩下的一级,单独引线- f/ W' {% c% ~# e" p- D
1.2 怎么判断MOS管是NMOS还是PMOS# Y8 f V+ S A& S5 G
$ _+ v$ _9 Q: P
# D- \# D1 X2 I; j0 w5 K6 c
NMOS:箭头指向G
. q+ ]& h+ f. ~. G) gPMOS:箭头远离G
/ I5 Z. L) `' |3 c1.3 MOS管寄生二极管方向如何判定
2 x# ^3 _+ O9 Z7 X9 F
: E) X; W5 r5 u9 v5 P寄生二极管又称为体二极管。在S和D之间。
5 x6 S1 a! p3 G
3 F3 f. \+ m( Z9 }* ?
, @7 u# F' C7 ^4 N1 a! J寄生二极管方向判定规则是:N沟道由S极指向D极,P沟道由D极指向S极。
* }5 @1 G) H5 Y, l- f% C8 l5 E3 @5 \' g1 J, c2 t. F
一个简单的识别方法是:不管是N沟道还是P沟道MOS管,中间衬底箭头方向和寄生二极管的方向总是一致的,要么都从S指向D,要么都从D指向S。
, o3 T. N# H1 g9 a2 W* G: F2.MOS管的作用, ^3 n! t2 G |+ Y/ z) Y# V9 T
1 H3 A, Y. z9 A: P8 R6 I o
MOS管主要由两个作用:开关、隔离、可调电阻。% _, x& B( b; N" S% j9 m1 G8 H
2.1 开关作用' s2 R& R& c( F, H
2.1.1 高低电平切换
( J" L' |4 @6 R3 R$ K+ s; Y/ k0 w. i9 B& T
2 h$ l: F- O9 {1 ]! }
# P! d, u3 R7 j. r9 d) K
2.1.2 电压通断 m; W" w/ E6 |' C" t
$ p: D% n4 Z' @- c
1 o9 U* u4 c: ~& R左边是Vi,输入电压为1.5V,电路通过控制三极管的栅极控制右边输出电压Vo的大小,如果由单片机控制:1 ~* q/ R1 r _0 Z
# f" i7 J2 S$ t) t如果VG=1,那么右边输出Vo=1.5V,
+ T3 K+ R6 m% m如果VG=0,那么右边输出Vo=0V。8 a1 O, [) _+ b% I% r
2.1.3 buck电路, ]& J0 A5 o1 r1 \( Y* Z
5 V1 F5 o, t; ?6 ]0 y8 K+ p. I
8 r- ]1 W$ n4 L" s7 U
后续章节笔记会再介绍。
# Y4 G+ o1 O1 _7 q" z6 `2.1.4 做开关时MOS管在电路中的连接方法
$ {: ^% v5 u& ]& K+ Y0 T% J# C* r0 z* N% d
确定问题:. H2 {2 ~+ B v& Z
哪一个极接输入端?
' q1 G7 |! o/ j* t) _哪一个极接输出端?/ L& l2 T2 z+ e: p4 a. l$ k
MOS管导通控制电平是高电平还是低电平?! W7 M$ o4 Y8 p/ A `! }
MOS管截止控制电平是高电平还是低电平?' T$ Y) u: Q# |
5 R7 Q2 ?7 u2 w1 |2 c8 \1 |: @
输入和输出端的确定:7 \0 P+ b/ f+ ^% m9 A8 R
, E' D! ^% E" h5 S
9 z" |0 \+ y/ ?1 \- i" G3 c
2 O5 C0 W$ i+ I: B4 N0 r最重要的看寄生二极管的方向!
' j! t* v5 Y7 }0 C4 P& k8 p( |# ~" T5 }4 g. [( d
控制极栅极电压的确定:+ q( @, g4 d, g4 P+ ~
不管是NMOS还是PMOS,都是用G极电压和S极电压作比较。
9 u- ?) E) G# Q* a8 V2 g8 k" E r3 K# f& N* u4 @! T
NMOS:UG>US导通,简单认为UG=US截止
9 L2 ^! Q3 ~/ x' Q2 U. v2 bPMOS:UG<US导通,简单认为UG=US截止: W9 d1 m: a. ~3 a/ W
0 N$ o8 R; n2 Z: T2 v- lUG比US大多少饱和导通呢?3 K. i, j/ e, Z4 b/ |
/ @( m+ F8 Q* O+ z- r. `% z, d
不同的MOS管压差不同:4 N3 |2 s" l; _3 k3 |
7 e! l: }, U- p! O4 y. T+ E# Y在笔记本主板上用到的NMOS可简单分作两大类:$ V- E! ~0 r! c) p
+ @6 [8 E8 B" @信号切换用MOS管:UG比Us大3V–5V即可,实际上只要导通即可,不必须饱和导通。比如常见的:# o9 I' k# p' O1 i4 K
. ] D8 T% Q/ ~( _/ H% e y
2N7002,2N7002E,2N7002K,2N7002D,FDV301N。
( s9 J8 |- S2 {: z
% O6 ^4 P. l; X! n9 O3 g& }) X
3 M# Q) ]1 ?& {电压通断用MOS管:UG比Us应大于10V以上,而且开通寸必须工作在饱和导通状态常见的有:# W! L" ]1 p& t, a6 v6 k3 v4 o7 k5 u
& _; `: y2 [2 F1 } AOL1448,AOL1428A,AON7406,AON7702,MDV1660," X& U. G9 B1 L9 x% E: w5 ?
AON6428L,AON6718L,AO4496,AO4712,AO6402A,AO3404,SI3456D1
& z% I. }3 b( }: l: ^! e MDS1660URH,MDS2662URH,RJK0392DPA,RJK03B9DP.3 H' j2 u- q' ?* P
# X& L- C7 @' D7 f q# T8 ^
# T0 b6 w' |' L& Q: m4 |& lPMOS和NMOS条件刚好相反。: Z5 R. N# X2 T* z, [$ y6 D/ b
: t* F! w) h( C! q2 A6 i# z
连接的时候要注意因为有开关作用,电流的方向不能顺着寄生二极管的方向,不然直接就导通了,没有了开关的作用。
! W( e# g* ~6 u9 {5 h9 ^0 C5 z4 |" Y2.2 隔离作用
5 v' ?. P9 a$ s1 b9 n7 j" A# F
- E) A) W8 p3 x& ^8 b4 V如果想实现线路上电流的单向流通,比如只让电流从A→B,阻止B→A,应该怎么做。
" T* J* z7 g: n% |1 h& w
8 Q ]" b: I* R: x$ C方法1:加一个二极管:防反接,但是二极管有管压降,像普通二极管1N4007为0.7V,肖特基二极管1N5819是0.3V,两端电压有压差' I) a. p* }3 j; e* q
8 E8 Y4 @0 j. W( z8 X( \8 D
方法2:使用一个MOS管,相当是利用了MOS管内部的寄生二极管。在笔记本主板中使用PMOS隔离管常见。
5 R4 r K5 Q4 F8 v8 B7 T9 S2 d# @1 y
. f7 q6 \! e7 E) |4 k/ h7 i, r2.3 常用MOS管推荐
. V" L# d1 i4 B- Y) X
% A* P G) `9 a% ^8 N IRLR7843 TRPBF T0-252-3N沟道30V/161A贴片MOSFET
: [, P# ^. x) j- u6 E0 a (智能车比赛老师推荐)
4 B! P) U5 x" H. q* d1 F# c8 C IRF5401 t9 {1 E2 v, o, {# o2 t
IRF640) w) I% t9 n/ u7 S
IRF840
" f& u! K4 k2 z* u J) R+ X5 @- B SI23017 ^- `8 D& C$ ^7 V2 g; s; x, V- ^
SI2302
3 f: S' m/ }+ X8 ~ 2N7002
8 e' S. X; P+ E) P* C' h! M
% V F+ ~, x; F" T$ T. _: L0 F4 f3.MOS管的参数
9 k: K5 [% j% R8 @3.1 VDSS最大漏-源电压# k: e: \' D+ g
. ^2 ^8 V$ ^+ K0 |! R在栅源短接,漏-源额定电压(VDSS)是指漏-源未发生雪崩击穿前所能施加的最大电压。根据温度的不同,实际雪崩击穿电压可能低于额定VDSS。设计打个5-8折。, [6 y4 @- F0 P6 r. o1 p" `
3.2 VGS最大栅源电压3 ] j& X4 p% Y& r4 a Y6 X+ ^4 [
0 ~2 y0 b9 v# I$ }/ IVGS额定电压是栅源两极间可以施加的最大电压。设定该额定电压的主要目的是防止电压过高导致的栅氧化层损伤。可以考虑用稳压二极管或者TVS(单向稳态二极管)、TS(双向稳态二极管)进行保护。
8 E5 y2 N6 e& _" m" i$ P; x3.3 ID-连续漏电流2 ~% V) o$ P4 B2 @; E
7 S7 {; u1 h- m G/ g, P' wID定义为芯片在最大额定结温TJ(max)下,管表面温度在25℃或者吏高温度下,可允许的最大连续直流电流。设计打个5-8折。6 p% ~7 g0 _, a0 ?! I1 d
3.4 VGS(th)9 ?1 L; z/ E4 G& Q
% z, \" d. c9 E. d* p8 L0 [- b
VGS(th)是指加的栅源电压能使漏极开始有电流,或关断MOSFET时电流消失时的电压,测试的条件(漏极电流,漏源电压,结温)也是有规格的。正常情况下,所有的MOS栅极器件的阈值电压都会有所不同。因此,VGS(th)的变化范围是规定好的。VGS(th)是负温度系数当温度上升时,MOSFET将会在比较低的栅源电压下开启。7 b; P; g/ ^; C$ G
3.5 RDS(on):导通电阻! {& S; w2 F9 n5 O( G
! }* g! }9 \, f( P! K+ q
RDS(on)是指在特定的漏电流(通常为D电流的一半)、栅源电压和25℃的情况下测得的漏-源电阻。应该越小越好,产生的功耗也越小,减小MOS管发热,提高效率。实际也可以进行并联,降低导通电阻。VGS(on)越大,RDS(on)就越小,一般VGS(on)小于等于10-20V,视情况而定。2 A, |! @8 ^) m" k
3.6 Ciss:输入电容
) u; e, P- h& G' U6 N$ c! p5 d
! i6 u) a! R$ o4 l; e4 `3 W将漏源短接,用交流信号测得的栅极和源极之间的电容就是输入电容。Ciss是由栅漏电容Cgd和栅源电容Cgs并联而成,或者Ciss=Cgs+Cgd。当输入电容充电致阈值电压时器件才能开启,放电致一定值时器件才可以关断。因此驱动电路和Css对器件的开启和关断延时有着直接的影响。越小越好7 ~% e; c; {7 n, Y+ {% ~1 V' V1 ^8 F
3.7 Qgs,Qgd,和Qg:栅电荷栅电荷值反应存储在端子间电容上的电荷3 o' y) C9 L, i
: K k! d: y' \: h( B' F
既然开关的瞬间,电容上的电荷随电压的变化而变化,所以设计栅驱动电路时经常要考虑栅电荷的影响。栅极电荷Qg是产生开关损耗的主要原,越小越好因。栅极电荷是MOS管门极允放电所需的能量,相同电流、电压规格的MOSFET,具有比较大的栅极电荷意味着在MOS开关过程中会损耗更多的能量。所以,为了尽可能降低MOS管的开关损耗,工程师在电源设计过程中需要选择同等规格下Qg更低的MOS管作为主功率开关管。
' O# m9 L1 ~; [9 Y$ b" m; y' T4.其他* f2 \$ \4 ]8 h$ Y# u3 _7 I
3 A! t$ |' G7 V/ ^( I在做开关电源时要兼顾效率,考虑两个损耗:导通损耗和开关损耗,减小导通损耗选用Rds(on)更小的MOS管,减小开关损耗选用Qg更小的MOS管。
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