广东可易亚半导体科技有限公司

国家高新企业

cn en

新闻中心

n沟道mos管开关电路-详解n沟道mos管电源开关电路图-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-06-29 

分享到:

n沟道mos管开关电路

项目中最常用的为增强型mos管,分为N沟道和P沟道两种。

n沟道mos管开关电路

由于n沟道mos管开关电路其导通电阻小,且容易制造所以项目中大部分用到的是n沟道mos管开关电路。在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。寄生二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。


1.导通特性

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)。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NMOS,n沟道mos管开关电路。


n沟道mos管开关电路的特性,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,虽然4V就导通了,但是为了完全导通电压在其可承受范围应该尽量大一些。


2.MOS开关管损失

不管是n沟道mos管开关电路还是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。

MOS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,而且开关频率越高,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。


3.MOS管驱动

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。

在MOS管的结构中可以看到,在GS,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。


第二注意的是,普遍用于高端驱动的n沟道mos管开关电路,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。


由于具有较低的导通电阻(RDS(on))和较小尺寸,N沟道MOSFET在产品选择上超过了P沟道。在降压稳压器应用中,基于栅控电压极性、器件尺寸和串联电阻等多种因素,使用P沟道MOSFET或N沟道MOSFET作为主开关。同步整流器应用几乎总是使用N沟道技术,这主要是因为N沟道的RDS(on)小于P沟道的,并且通过在栅极上施加正电压导通。


MOSFET多数是载流子器件, N沟道MOSFET在导电过程中有电子流动。 P沟道在导电期间使用被称为空穴的正电荷。电子的流动性是空穴的三倍。尽管没有直接的相关性,就RDS(on)而言,为得到相等的值,P沟道的管芯尺寸大约是N沟道的三倍。因此N沟道的管芯尺寸更小。


n沟道mos管开关电路N沟道MOSFET在栅-源极端子上施加适当阈值的正电压时导通;P沟道MOSFET通过施加给定的负的栅-源极电压导通。


MOSFET的栅控决定了它们在SMPS转换器中的应用。例如,N沟道MOSFET更适用于以地为参考的低侧开关,特别是用于升压、SEPIC、正向和隔离反激式转换器。在同步整流器应用以及以太网供电(PoE)输入整流器中,低侧开关也被用来代替二极管作为整流器。P沟道MOSFET最常用作输入电压低于15VDC的降压稳压器中的高侧开关。根据应用的不同,N沟道MOSFET也可用作降压稳压器高侧开关。这些应用需要自举电路或其它形式的高侧驱动器。

n沟道mos管开关电路

图1:具有电平移位器的高侧驱动IC


n沟道mos管开关电路

图2:用自举电路对高侧N沟道MOSFET进行栅控

极性决定了n沟道mos管开关电路MOSFET的图形符号。不同之处在于体二极管和箭头符号相对于端子的方向。

n沟道mos管开关电路

图3:P沟道和N沟道MOSFET的原理图

注意体二极管和箭头相对漏极(D)和源极(S)端子的方向。


n沟道mos管开关电路极性和MOSFET工作特性

极性决定了MOSFET的工作特性。 对N沟道器件为正的电流和电压对P沟道器件为负值。

n沟道mos管开关电路

图4:MOSFET第一象限特征

在有充足电压施加到栅-源极端子的欧姆区域(ohmic region),n沟道mos管开关电路MOSFET“完全导通”。在对比图中,N沟道欧姆区的VGS是7V,而P沟道的是-4.5V。


随着栅极电压增加,欧姆曲线的斜率变得更陡,表明器件导电能力更强。施加的栅极电压越高,n沟道mos管开关电路MOSFET的RDS(on)就越小。在某些应用中,对MOSFET进行栅控的是可以提供令人满意的RDS(on)的电压。额外的栅极电压会因?C x Vgs x Vgs x f产生功耗,其中栅极电荷和开关频率在确定MOSFET技术的最终工作点和选用方面起着重要作用。


MOSFET既可工作在第一象限,也可工作在第三象限。没有施加栅-源极电压时,寄生体二极管导通。当栅极没有电压时,流入漏极的电流类似于典型的二极管曲线。

n沟道mos管开关电路

图5:未栅控N沟道MOSFET工作于第三象限的典型特性

施加栅极电压时,根据VGS的值会产生非线性曲线。当VGS超过10V时,n沟道mos管开关电路完全在第三象限欧姆区内工作。然而,当栅极电压低于10V时,二极管电压钳位于各种漏极电流水平。在非线性曲线中见到的弯曲是二极管和欧姆区之间的转变点。

n沟道mos管开关电路

图6:施加栅极电压时,N沟道MOSFET工作在第三象限的典型特性


联系方式:邹先生

联系电话:0755-83888366-8022

手机:18123972950

QQ:2880195519

联系地址:深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1


请搜微信公众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公众号

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助


n沟道mos管开关电路