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1.MOS管基础知识1 d7 X, S [0 J1 ^% ]7 J+ S
1.1 怎么判断MOS管的三个极( C1 U# a: U$ k$ k# D
) j# S$ q4 B6 N: `+ L4 s
, O! n6 L# k# p% {
% ^. @( I# p$ J3 \/ z( kG:栅极,中间极
K6 X* V* Z4 sS:源极,两根线交叉在一起
: }" z' Q3 e. ?: V( r9 a. L/ OD:漏极,剩下的一级,单独引线
6 N6 B$ G6 h3 I2 d7 z: K1.2 怎么判断MOS管是NMOS还是PMOS
3 ^; @3 [4 k9 k4 T g' U7 ?0 `3 {! i: ~% h1 t7 u$ _4 J
/ \+ x+ \/ O% {) BNMOS:箭头指向G
6 k2 X) f' {6 r# d. `PMOS:箭头远离G
1 R: F) x; G! ]# m1.3 MOS管寄生二极管方向如何判定; l1 {, D8 M2 T4 b: E( p
, K0 n/ V* }: F @/ M4 N
寄生二极管又称为体二极管。在S和D之间。) I, K7 ]4 m8 r" I( M5 l3 M
9 b7 ^+ p- W/ D2 `% c6 i0 [3 v; E+ {% C( y# ]- c1 M, J6 p6 e
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。' g9 R7 ? h" y
# U. m9 U: B9 B
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。3 U+ |% h1 Y8 y/ [6 n
2.MOS管的作用
. T+ t+ }/ P9 r7 D2 L+ n, Y' W
8 W6 D; u' |( z( V9 b# k8 wMOS管主要由两个作用:开关、隔离、可调电阻。. G+ y. }' f( g9 P7 z8 M' } m) q
2.1 开关作用# s) K9 w$ f5 w* I5 s
2.1.1 高低电平切换
8 S' B+ |' ?. ^6 `4 E
9 u0 v; z' t6 ~/ H6 U: b' V
p8 l0 @9 L# R. D: z# k" M7 x
: U+ ^+ n' w0 @. t: d5 E1 t2.1.2 电压通断$ ?7 w9 y7 M+ C4 L6 y0 l, Q, a2 w
" W: u2 P& ]7 J$ T* a6 k
: J. a3 y2 p, R: L
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:2 ?9 M# B0 Z$ i$ ^6 Y
' V1 c# D/ o* U/ _8 Q$ N# X/ v如果VG=1,那么右边输出Vo=1.5V,
$ p$ J" R! W/ r8 R- ^如果VG=0,那么右边输出Vo=0V。
8 q( L# v5 m% t: U [2.1.3 buck电路' A: C2 Z4 f2 ~; l
3 D% b- {% g6 E0 u6 |1 \6 u
+ D4 |" D# P$ R t: x4 y. F
后续章节笔记会再介绍。9 ?( v/ ]7 L4 q9 Y7 _/ x* D& {
2.1.4 做开关时MOS管在电路中的连接方法- W8 v0 c+ Q7 N0 l+ D& L& P
( J6 C& e3 N* W; t0 L: V
确定问题:. Y6 C; O# A# ^
哪一个极接输入端?) F+ M' i$ U& d7 c# P: K
哪一个极接输出端?1 o7 [1 U' U& ]
MOS管导通控制电平是高电平还是低电平?
+ i/ N1 Z, U% @/ |MOS管截止控制电平是高电平还是低电平?# y0 `! @* {( p5 \. V6 |6 ~; R
4 A2 G# f9 v$ Z) t$ M
输入和输出端的确定:3 [$ D, O) T: t. Y+ [% t
: Z6 h" G D! o
0 l8 Q; j* v/ P' S& S
* j) W8 k6 m4 w& U1 M最重要的看寄生二极管的方向!. P1 S: X( m4 X
/ P- P1 d) ], P0 {( w控制极栅极电压的确定:6 D9 Z, N. V9 E3 v4 T
不管是NMOS还是PMOS,都是用G极电压和S极电压作比较。
# K4 T( T" l8 ~. r0 Y& Z* P- ^+ c' l- q
NMOS:UG>US导通,简单认为UG=US截止
# a. H$ ]" ]5 V9 ^; s4 QPMOS:UG<US导通,简单认为UG=US截止/ J: Q* |8 }9 T: Y4 G$ } {
( I& |( {2 Q1 p% I' H4 ]7 q
UG比US大多少饱和导通呢?& u: H5 V+ J' X5 v0 h/ T: E3 R: }4 s
. a+ t$ H5 t7 }" t3 |8 F不同的MOS管压差不同:( h. i0 @; _$ w' I- i
8 |( r3 _ `/ ?0 M) m在笔记本主板上用到的NMOS可简单分作两大类:
$ N- s! o3 U3 G0 e+ S* E
+ z) d' z7 B, G# l6 K9 I' B: e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:) F, _6 K7 R$ i1 `" L
2 p$ S/ h5 z$ X# p; u+ o; C2 E
2N7002,2N7002E,2N7002K,2N7002D,FDV301N。
! [% }- X+ k2 S
; J {) `" X' y+ Z" I4 D6 z
% m; S2 {. x2 S& G$ l! z8 z7 B
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:( o) _9 U$ }0 q C m9 R* w3 R
9 n* I3 D1 m; L9 F8 Z AOL1448,AOL1428A,AON7406,AON7702,MDV1660,
& y, p! N$ M, T8 v- a AON6428L,AON6718L,AO4496,AO4712,AO6402A,AO3404,SI3456D1
9 ]# v9 P& t" T' Q. j S MDS1660URH,MDS2662URH,RJK0392DPA,RJK03B9DP.
" ?0 S: r) \& t# N ?% W8 Q
% n6 c4 d! U) Y% v( O7 e& X5 B0 K+ o1 S) V
PMOS和NMOS条件刚好相反。
6 L% d- }0 ~; \. k/ P; O
4 y' Q, k5 I! Y* [. M* r
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。
; _- q1 _! @# n: r2.2 隔离作用* u1 L/ o- ^1 ^' o! a- G
' m! Q5 ?* {7 l1 _; {- l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。
_* o8 S& G4 A1 f, H4 h$ E6 Q) `, Q: L
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& y/ O1 P- Z4 S- k
0 J6 n6 f. l% l/ Q, i2 e
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。
) Z" O0 p: s% `' w2 }, `
' U; x' n. {8 I# y
2.3 常用MOS管推荐
$ E, u5 U) J0 v9 q: W0 |
% C1 x5 r9 }$ a. T3 g8 [ IRLR7843 TRPBF T0-252-3N沟道30V/161A贴片MOSFET1 v% V# c4 w4 w4 j$ Y# b1 N* H- h
(智能车比赛老师推荐)9 n# p# ~9 p: c& {$ a& u
IRF540
; y' j! W) \1 `& }. D& M0 D# x IRF640" \4 j* o9 b+ K6 @. U" p
IRF840
% S" V' I0 Z! ?& r* p" i& A. f2 L. [ k SI23013 E- c2 O$ M/ h" j2 p
SI2302
4 C) _+ c1 p4 s% ]; d6 {$ P 2N7002
, ]1 [9 ]5 P9 T3 h- ]0 C
. {$ T; w- |, f8 V3.MOS管的参数
h e8 _. p4 e9 \$ I% _3.1 VDSS最大漏-源电压/ ~4 Y7 E! c- J: ^0 G
" c7 X! g k9 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。
7 u w$ v/ k$ p7 q2 d( Z0 W3.2 VGS最大栅源电压
# J ~% K. C' P* @# \
$ ?) B$ a( e0 R+ L; g* wVGS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。0 Z7 w' f( w! S7 k
3.3 ID-连续漏电流
7 P( `: w5 r8 _ {0 z
0 N4 @! ^5 b* @! mID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。
5 |5 T" ?7 {' n& N1 ?( j, x" T# `( y. v3.4 VGS(th)
4 b0 Z' a( A5 V% I
. k4 b: M+ D; iVGS(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。
! ~8 Z7 N5 u) k0 T# H+ G: X9 @3.5 RDS(on):导通电阻
9 y# E) d3 X( X
$ z; R2 X* q7 y/ ]7 X! KRDS(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。
9 j& B& J! s7 O1 ?8 t: ^) p9 W3.6 Ciss:输入电容* Y9 @4 h: m |
H2 L( l; J+ b/ ~8 [# E5 h* q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; ^9 @1 y" D7 _# _/ |
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- C# E0 q. b7 p) ~5 j$ z6 j% E
) r4 |' \2 P N; v) X4 U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。
6 n! O' G" _ O+ F. O( y$ H, Q4.其他
3 m: N6 R( ?- W- W
4 B* i4 ~! L. |4 O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。7 P5 H$ ~+ w( P: b5 d. E/ l
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