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低开启电压MOS管详解-低开启电压MOS管如何进行低功耗设计-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-09-05 

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低开启电压MOS管

低开启电压(YGS(th))也称为“栅极阈值电压”,这个数值的选择在这里主要与用作比拟器的运放有火。VMOS不像BJT,栅极相关于源极需求有一定的电压才干开通,这个电压的最低值(通常是一个范围)称为开启电压,饱和导通电压普通为开启电压的一倍左右,假如技术手册给出的开启电压是一个范围,取最大值。VMOS的开启电压普通为5V左右,低开启电压的种类有2V左右的。假如采用5. 5V丁作电压的运放,其输出电平最大约为土2.5V,即便采用低开启电压的VMOS,如图2.6中的2SK2313,最低驱动电平也至少为土5V,因而依据上文关于运放的选择准绳,5.5V工作电压的运放实践上是不能用的,引荐的工作电压最低为±6V,由于运放的最高输出电平通常会略低于工作电压,即便是近年来开端普遍应用的“轨至轨”输入/输出的运放也是如此。

P沟道VMOS当然也能用,只是驱动办法与N沟道相反。不过,直到现在,与N沟通同一系列同电压规格的P沟通的VMOS,普通电流规格比N沟道的低,而饱和导通电压比N沟道高。因而选N沟道而不选P沟道。

1、电压规格(VDSS)

俗称耐压,至少应该为主绕组的3倍,需求留意的是,主绕组的电压指的是图2.6中的N2或者N3,而不是二者相加。详细而言,图中为10.5V,因而Q1、Q2的电压规格至少为31.5V,思索到10%的动摇和1.5倍的保险系数,则电压规格不应该低于31.5 X 1.1X 1.5=52V。图中的2SK2313的电压规格为60v,契合请求。

其次,依据普通经历,电压规格超越200V的VMOS,饱和导通电阻的优势就不明显了,而本钱却比二极管高得多,电路也复杂。因而,用作同步整流时,主绕组的最高电压不应该高于40V。

2、电流规格(In)

这个问题主要与最大耗散功率有关,由于计算办法复杂并且需求实验停止验证,因而也能够直接用理论办法进行肯定,即在实践的工作环境中,依照最极端的最高环境温度,比方夏天比拟热的温度,如35℃,依据实践所需求的工作电流,接上适宜的假负载,连续工作2小时左右,假如MOS管散热片(TAB)不烫手,就根本上能够运用。这个办法固然粗略,但是很简单适用。

3、mos饱和导通电阻(RDS(ON))

越小越好,典型值最好小于10mQ,这个数值以从技术手册上查到。

4、MOS管导通条件

导通与截止由栅源电压来控制,对于增强型场效应管来说,N沟道的管子加正向电压即导通,P沟道的管子则加反向电压。一般2V~4V就可以了。但是,场效应管分为增强型(常开型)和耗尽型(常闭型),增强型的管子是需要加电压才能导通的,而耗尽型管子本来就处于导通状态,加栅源电压是为了使其截止。

开关只有两种状态通和断,三极管和场效应管工作有三种状态:

1、截止;

2、线性放大;

3、饱和(基极电流继续增加而集电极电流不再增加);

使晶体管只工作在1和3状态的电路称之为开关电路,一般以晶体管截止,集电极不吸收电流表示关;以晶体管饱和,发射极和集电极之间的电压差接近于0V时表示开。开关电路用于数字电路时,输出电位接近0V时表示0,输出电位接近电源电压时表示1。所以数字集成电路内部的晶体管都工作在开关状态。 场效应管按沟道分可分为N沟道和P沟道管(在符号图中可看到中间的箭头方向不一样)。

按材料分可分为结型管和绝缘栅型管,绝缘栅型又分为耗尽型和增强型,一般主板上大多是绝缘栅型管简称MOS管,并且大多采用增强型的N沟道,其次是增强型的P沟道,结型管和耗尽型管几乎不用。场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电,被称之为双极型器件.有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好。

5、MOS管导通过程

导通时序可分为to~t1、t1~t2、 t2~t3 、t3~t4四个时间段,这四个时间段有不同的等效电路。

1)t0-t1:C GS1 开始充电,栅极电压还没有到达V GS(th),导电沟道没有形成,MOSFET仍处于关闭状态。

2)[t1-t2]区间, GS间电压到达Vgs(th),DS间导电沟道开始形成,MOSFET开启,DS电流增加到ID, Cgs2 迅速充电,Vgs由Vgs(th)指数增长到Va。

3)[t2-t3]区间,MOSFET的DS电压降至与Vgs相同,产生Millier效应,Cgd电容大大增加,栅极电流持续流过,由于C gd 电容急剧增大,抑制了栅极电压对Cgs 的充电,从而使得Vgs 近乎水平状态,Cgd 电容上电压增加,而DS电容上的电压继续减小。

4)[t3-t4]区间,至t3时刻,MOSFET的DS电压降至饱和导通时的电压,Millier效应影响变小,Cgd 电容变小并和Cgs 电容一起由外部驱动电压充电, Cgs 电容的电压上升,至t4时刻为止.此时C gs 电容电压已达稳态,DS间电压也达最小,MOSFET完全开启。

低开启电压MOS管应用-如何进行低功耗设计

对于一个电子产品,总功耗为该产品正常工作时的电压与电流的乘积,这就是低功耗设计的需要注意事项之一。

为了降低产品的功耗,在电子产品开发时尽量采用低开启电压MOS管的产品。比如一个产品,曾经用5v单片机正常工作,后来又了3.3v的单片机或者工作电压更低的,那么就是在第一层次中进行了低功耗设计,这也就是我们常说的研发前期低功耗器件选择。这一般需要有广阔的芯片涉猎范围或者与供应商有良好的沟通。

其次是模块工作的选择控制,一般选择具有休眠功能的芯片。比如在设计一个系统中,如果某些外部模块在工作中是不经常使用的,我们可以使其进入休眠模式或者在硬件电路设计中采用数字开关来控制器工作与否,当需要使用模块时将其唤醒,这样我们可以在整个系统进入低功耗模式时,关闭一些不必要的器件,以起到省电的作用,延长了待机时间。一般常用方法:①具有休眠模式的功能芯片②MOS管做电子开关③具有使能端的LDO芯片。

再次,选择具有省电模式的主控芯片。现在的主控芯片一般都具有省电模式,通过以往的经验可以知道,当主控芯片在省电模式条件下,其工作电流往往是正常工作电流的几分之一,这样可以大大增强消费类产品电池的使用时间。同时,现在一些控制芯片具有双时钟的模式,通过软件的配置使芯片在不同的使用场合使用不同的外部始终从而降低其功耗。这与始终分频器具有异曲同工之妙,不同之处想必就是BOM的价格问题。现在火爆的APPLE WATCH就是低功耗的一个例子:全功能运行3-4小时,持续运行18小时。

主控芯片或者相关模块唤醒的方式选择。通常进过以上的步骤设计好了硬件结构,在系统需要省电,在什么时候进入省电模式,这一般在软件设计中实现,但是最主要还是需要根据产品的功能特性来决定了。当系统进入了省电模式,而系统的唤醒也需要控制。一般系统的唤醒分为自动唤醒和外部唤醒。

A、自动唤醒是使用芯片内部的定时器来计时睡眠时间,当睡眠时间达到预定时间时,自动进行唤醒。这与我们使用的看门狗或者中断有比较相近之处,不同就是其工作与否的时序。

B、 外部唤醒就是芯片一直处于一种休眠状态,当有一个外部事件(主要是通过接口)来对芯片进行一个触发,则芯片会唤醒,在事件处理之后消除该触发事件而在此进入休眠状态。因此,根据系统的特性,就需要进行软件设计时,来决定如何使用睡眠及唤醒,以降低系统的功耗。



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