MOS开关管的选择

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一般情况下普遍用于高端驱动的MOS，导通时需要是栅极电压大于源极电压，而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同，所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

MOS管是电压驱动，按理说只要栅极电压到到开启电压就能导通DS，栅极串多大电阻均能导通。但如果要求开关频率较高时，栅对地或VCC可以看做是一个电容，对于一个电容来说，串的电阻越大，栅极达到导通电压时间越长，MOS处于半导通状态时间也越长，在半导通状态内阻较大，发热也会增大，极易损坏MOS，所以高频时栅极栅极串的电阻不但要小，一般要加前置驱动电路的。
No.1 MOS管种类和结构- m- k! f9 A1 b4 d. b4 F
( p  Z5 J# \5 kMOSFET管是FET的一种(另一种是JFET)，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。

3 Q- R) Y$ m5 p7 g/ P  L# l% H3 {对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS —— 原因是导通电阻小，且容易制造，所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。
2 a9 I( p) o1 d) m5 aMOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。
7 p0 s5 Q7 J: ~& q9 z在MOS管的漏极和源极之间有一个寄生二极管，这个叫体二极管，在驱动感性负载(如马达)，这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。! P1 v: P% r: }0 |! @
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& ]+ n3 V3 G% t" K& \No.2 MOS管导通特性
导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或10V就可以了。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。5 m3 h/ t. X  q: x) H0 l
但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。
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No.3 MOS开关管损失
9 S' Z( B! N. R7 H' d2 x0 M不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。1 }* T% W8 z7 V) B
8 i6 a3 K/ s; K5 U7 ~0 jMOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。
导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。  _# @" s4 {9 z1 ~& H2 v

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: o0 N* \9 T, m; F- N0 Q# V$ z/ e, bNo.4 MOS管驱动
+ Y. q. v2 e: c4 O0 f% U+ s跟双极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。
' e! P$ o1 h" S* P9 f+ O! C( _在MOS管的结构中可以看到，在GS和GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
1 j$ k" y! L  U. b; X# r  |而在进行MOSFET的选择时，因为MOSFET有两大类型：N沟道和P沟道。在功率系统中，MOSFET可被看成电气开关。当在N沟道MOSFET的栅极和源极间加上正电压时，其开关导通。导通时，电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻，称为导通电阻RDS(ON)。
必须清楚MOSFET的栅极是个高阻抗端，因此，总是要在栅极加上一个电压，这就是后面介绍电路图中栅极所接电阻至地。如果栅极为悬空，器件将不能按设计意图工作，并可能在不恰当的时刻导通或关闭，导致系统产生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电压为零时，开关关闭，而电流停止通过器件。虽然这时器件已经关闭，但仍然有微小电流存在，这称之为漏电流，即IDSS。

第一步：选用N沟道还是P沟道
为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道MOSFET。在典型的功率应用中，当一个MOSFET接地，而负载连接到干线电压上时，该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应采用N沟道MOSFET，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。& s' ~' D( ~( q( b6 f6 p: m' f9 \
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当MOSFET连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOSFET，这也是出于对电压驱动的考虑。
第二步：确定额定电流
第二步是选择MOSFET的额定电流，视电路结构而定，该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的MOSFET能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。0 L3 b3 X2 e0 W% L# E2 I
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* t8 W8 a) E6 Y! @在连续导通模式下，MOSFET处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件，一旦确定了这些条件下的最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。
选好额定电流后，还必须计算导通损耗。在实际情况下，MOSFET并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能损耗，这称之为导通损耗。MOSFET在“导通”时就像一个可变电阻，由器件的RDS(ON)所确定，并随温度而显着变化。1 ?. _( q9 `7 K& N) e
器件的功率耗损可由Iload2×RDS(ON)计算，由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOSFET施加的电压VGS越高，RDS(ON)就会越小，反之RDS(ON)就会越高。4 v% D7 b5 \2 Y4 r: T7 }
# [) {  l4 G. s2 P  }7 i对系统设计人员来说，这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说，采用较低的电压比较容易(较为普遍)，而对于工业设计，可采用较高的电压。注意RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升，关于RDS(ON)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。
第三步：确定热要求! ~6 P2 B4 }/ r" i. W
# S/ @: }* b+ Z1 W5 b4 C3 s+ ]$ ~选择MOSFET的下一步是计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况，即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果，因为这个结果提供更大的安全余量，能确保系统不会失效。在MOSFET的资料表上还有一些需要注意的测量数据，比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻，以及最大的结温。, ]% p" e0 z+ F  g
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- O$ ~. z, ^, T9 n器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])，根据这个方程可解出系统的最大功率耗散，即按定义相等于I2×RDS(ON)。由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流，因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。值得注意的是，在处理简单热模型时，设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量，即要求印刷电路板和封装不会立即升温。# u3 n6 k) K/ L
通常，一个PMOS管，会有寄生的二极管存在，该二极管的作用是防止源漏端反接，对于PMOS而言，比起NMOS的优势在于它的开启电压可以为0,而DS电压之间电压相差不大，而NMOS的导通条件要求VGS要大于阈值，这将导致控制电压必然大于所需的电压，会出现不必要的麻烦。