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
項目中最常用的為增強型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寄生二極管。寄生二極管只在單個的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小于一定的值就會導(dǎo)通,適合用于源極接VCC時的情況(高端驅(qū)動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動,但由于導(dǎo)通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅(qū)動中,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大于一定的值就會導(dǎo)通,適合用于源極接地時的情況(低端驅(qū)動),只要柵極電壓達到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,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,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管會減小導(dǎo)通損耗?,F(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)通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程,流過的電流有一個上升的過程,在這段時間內(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。縮短開關(guān)時間,可以減小每次導(dǎo)通時的損失;降低開關(guān)頻率,可以減小單位時間內(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
跟雙極性晶體管相比,一般認為使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,實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流,因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路,所以瞬間電流會比較大。選擇/設(shè)計MOS管驅(qū)動時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)動的n溝道m(xù)os管開關(guān)電路,導(dǎo)通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動的MOS管導(dǎo)通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個系統(tǒng)里,要得到比VCC大的電壓,就要專門的升壓電路了。很多馬達驅(qū)動器都集成了電荷泵,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),這主要是因為N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。 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)閾值的正電壓時導(dǎo)通;P溝道MOSFET通過施加給定的負的柵-源極電壓導(dǎo)通。
MOSFET的柵控決定了它們在SMPS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)動器。
圖1:具有電平移位器的高側(cè)驅(qū)動IC
圖2:用自舉電路對高側(cè)N溝道MOSFET進行柵控
極性決定了n溝道m(xù)os管開關(guān)電路MOSFET的圖形符號。不同之處在于體二極管和箭頭符號相對于端子的方向。
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N溝道器件為正的電流和電壓對P溝道器件為負值。
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。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MOSFET進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,寄生體二極管導(dǎo)通。當(dāng)柵極沒有電壓時,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,根據(jù)VGS的值會產(chǎn)生非線性曲線。當(dāng)VGS超過10V時,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,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。
圖6:施加?xùn)艠O電壓時,N溝道MOSFET工作在第三象限的典型特性
聯(lián)系方式:鄒先生
聯(lián)系電話:0755-83888366-8022
手機:18123972950
QQ:2880195519
聯(lián)系地址:深圳市福田區(qū)車公廟天安數(shù)碼城天吉大廈CD座5C1
請搜微信公眾號:“KIA半導(dǎo)體”或掃一掃下圖“關(guān)注”官方微信公眾號
請“關(guān)注”官方微信公眾號:提供 MOS管 技術(shù)幫助