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1.MOS管基础知识- q3 n- N7 A0 ?. A( z" A3 f- m6 P& c$ [5 r
1.1 怎么判断MOS管的三个极
5 o3 ^. ~: e% Q7 v8 s% K1 \( I
* ^: b# ]& m; e: f+ \
% q6 e9 ^3 N$ Q: K- z+ M
; U2 O; T9 G, F2 Z+ M3 K# ]G:栅极,中间极4 i: l o6 j3 B
S:源极,两根线交叉在一起
' J5 F, ^. t2 x) _+ c0 O7 GD:漏极,剩下的一级,单独引线
$ W. ~1 ^/ @2 R! n. }# S1.2 怎么判断MOS管是NMOS还是PMOS
" \3 x. K4 i& O7 p. s$ Y9 [" S, J1 C6 W4 q5 m
: `3 \+ a$ ?5 N' U6 X& P+ o. INMOS:箭头指向G6 U" O' _6 ?, c( c! k: s: t) W$ e
PMOS:箭头远离G
/ \8 F. f- s9 N1.3 MOS管寄生二极管方向如何判定
0 x* A7 }1 R" {9 P9 f O8 u* ]" _& `! g) K1 N% _: t Q; `
寄生二极管又称为体二极管。在S和D之间。
1 x6 m2 {; W C/ Z8 n4 I9 J D+ x% S
5 F$ [7 p- X, D; ^9 y1 B9 P
! t7 E4 T6 u, S/ `" |6 e" Q n
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。: \% M- {: L5 j' |; H
! U4 }& c2 j- z( O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。
8 @7 w4 ]! j) O9 [: |$ I9 C2.MOS管的作用
( u5 z: ~/ K# W$ U1 V+ q' o" u/ o- \0 s" W
MOS管主要由两个作用:开关、隔离、可调电阻。3 G$ U+ |0 Q% n$ P0 A) _/ W
2.1 开关作用6 B4 }- E2 t: f* W% i3 o# w
2.1.1 高低电平切换# ?6 m k, E6 {/ G
6 \" q. q2 ^2 O1 t4 k: N1 ^
( _& Z7 E; r$ P" b8 @& C7 ^, h
: f, m% K' v( P( Y" `8 o9 w
2.1.2 电压通断
# `. C) M# u w) A, X5 g( O4 z0 M! x! v% g
( S3 J( u! l0 X. H6 ]2 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:
& f% Q( U/ a' g% b* i. r& V! I9 F
如果VG=1,那么右边输出Vo=1.5V,) w# A& m, p" W# E z' x# N s0 F
如果VG=0,那么右边输出Vo=0V。& l# q$ q: J- x% v; v/ j( G
2.1.3 buck电路
! M5 y3 e! q4 ]. V, Y& Y' c* o- I2 k7 [, U! I O4 C' B; @
" E2 R3 ^ f9 _ c; X
后续章节笔记会再介绍。
9 E2 u; r* E4 Q2 r( q2.1.4 做开关时MOS管在电路中的连接方法
6 M# w0 {2 j$ Y6 ]
5 I. `# Z+ b% E5 _, i k' {4 ~+ Y确定问题:3 u# p# ]% H+ e
哪一个极接输入端?
. u9 ]; s' Y( C* w( r( m- E4 R哪一个极接输出端?
) V: U" y; l. a; ?5 Y5 H% cMOS管导通控制电平是高电平还是低电平?
( S. u- V; ~8 Z, Y; j0 lMOS管截止控制电平是高电平还是低电平?
9 a7 q6 E# B% N& Y$ v; H" G8 L. w- H+ {% T
输入和输出端的确定:( o' Y6 e6 z7 n4 f
3 o# T+ b. f# D5 P6 p% d3 R1 D/ s
8 e+ z& m6 n. x; R8 P) q* O5 k- l( Y- K q
最重要的看寄生二极管的方向!
/ A& z0 j2 B% y; h( e% T" u4 S# D) r. N- L
控制极栅极电压的确定:
( S' `: i& W& O, `. Y* G不管是NMOS还是PMOS,都是用G极电压和S极电压作比较。
* T' a$ ]: A- B+ c& k0 k
1 u- H- Z |9 Z$ H; a* YNMOS:UG>US导通,简单认为UG=US截止8 y8 O8 Z2 H$ |* ~3 w5 o
PMOS:UG<US导通,简单认为UG=US截止7 u& y, n7 a' R8 L! n0 F N0 B
k, t5 E }) n' \- y
UG比US大多少饱和导通呢?
# m- i2 ^$ t, \, |9 s% Z
2 u0 g8 [2 W* }6 L6 |2 E5 D0 u不同的MOS管压差不同:
3 f( \& B, X: a! c; }
' x) C, X) D: L在笔记本主板上用到的NMOS可简单分作两大类:
- g) G+ b* m" O, i# a" o' B7 V, f2 u$ V
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:/ E7 _' {3 x: _: R6 J
! v& D& R! P. L5 \6 h" s0 W% V 2N7002,2N7002E,2N7002K,2N7002D,FDV301N。* o# g f" m& M. w* y6 Z0 E
. P# n+ @% e2 K5 M" `; j" `- M6 @8 h, K
" j8 s8 `3 @6 L( N' \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:. q; K: K2 G4 T7 |. a
# F2 X" t) @( Q- r+ T; [
AOL1448,AOL1428A,AON7406,AON7702,MDV1660,7 z/ M. [3 }* j: ]: g
AON6428L,AON6718L,AO4496,AO4712,AO6402A,AO3404,SI3456D1% B. t* x/ w$ m- b4 t8 J
MDS1660URH,MDS2662URH,RJK0392DPA,RJK03B9DP.
1 ]) O# A; h2 Q# M! N
0 G& M. w3 M+ a& o- Z- X$ _2 B+ i$ W
* W! e# T) V- s! Q7 K% pPMOS和NMOS条件刚好相反。' d$ F( K) E2 H& a; W7 z! o
& _" m! P ^4 a4 z) C
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。% x5 p) N5 K2 J
2.2 隔离作用
* z! `3 R5 w w3 M: K+ J3 T/ [: L J8 ^7 y4 ?
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。+ f1 n7 h) d. A" U& K1 c
, k/ P- R3 `" ^+ _% W+ p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
( S5 H; }; ~9 W( s5 v! u
P5 F( ~0 u6 P3 z; s1 T' E7 C
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。
9 a2 L- e# k# o) }0 O2 Y( a
. X" z, h8 O3 j, q2.3 常用MOS管推荐
1 y- P5 s+ O+ G* `+ m H* s( `' p
IRLR7843 TRPBF T0-252-3N沟道30V/161A贴片MOSFET) _: m$ }! Q j8 D' [1 t
(智能车比赛老师推荐)# \' c$ q ]- G
IRF5405 L/ a2 q4 Q' h
IRF640" h) U6 ?: q/ X9 r9 m
IRF840# n7 b9 s- |' ]& I g3 m! Z
SI23012 E8 V3 x5 k( H) }
SI2302% s; @+ g$ c# w* m- z6 V" [0 i
2N7002
# V; j: {4 N* A4 z0 A+ E2 a ^% |8 Y0 k4 `; D: D. }
3.MOS管的参数
0 z: I% E4 @2 c( F, s9 k5 k3.1 VDSS最大漏-源电压
9 f3 o. @3 v5 G$ \3 A) @" E3 r1 Y+ S$ _
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。* P& a0 I: o+ A/ V9 `( n
3.2 VGS最大栅源电压
* R. e+ [+ X& ~- T0 U* m {1 X; d. q
VGS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。/ ~- o' A/ _, ]4 @
3.3 ID-连续漏电流/ t1 J( M; c5 o% L1 h3 b. e
; a8 Y8 E- H6 E( o: t8 r k
ID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。
3 A1 N, B8 f" [! ]* y3.4 VGS(th)2 g# B# P( w" L4 b
b: l/ i, m6 Z) c( m' e6 D6 wVGS(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 g8 M' c/ ] Y# G+ R$ p& U3.5 RDS(on):导通电阻0 J q/ T- @# T3 _& A" P# ~ t
2 G# h& W3 S% `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。
7 l& Q. g' O+ U$ m0 V2 T3.6 Ciss:输入电容: o; s( J" k8 P; p; c% |
3 L6 g) f- A Y( \- {" L
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 P1 @6 u8 E. U7 A3 Y3.7 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
, B0 f2 Y4 f& Y# r8 d' j7 H; u4 Z I& g' W- Q$ W7 [$ \0 n
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。& J0 i ]/ Z; |7 E3 F
4.其他% J9 W: e7 W Y. Q* W) a5 i# O" {- n8 v8 D
0 z, x' J. z' X9 H- v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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