MOS管开关电路详解
一、MOSFET介绍
今天和同事讨论起了公司用到的一个MOS管开关电路,针对其中的几个关键点做了比较系统的分析总结。
MOS管主要是由Metal(金属)、Oxide(氧化物)、Semiconductor(半导体)通过特殊工艺制成
和三极管(电流控制电流型器件)相比,MOS管(电压控制电流型器件)具有栅极驱动基本不需要电流,损耗小、噪声低、抗辐射能力强、输入阻抗高、结构简单、便于集成和热稳定性好等优点
MOSFET可以被制造成P沟道和N沟道两大类,每一类又分为增强型或者耗尽型,所以MOSFET有四种:N沟道增强型MOSFET、N沟道耗尽型MOSFET、P沟道增强型MOSFET、P沟道耗尽型MOSFET
在栅-源电压uGS=0时导电沟道不存在且漏极电流为0的管子均为增强型,在栅-源电压uGS=0时导电沟道已存在且漏极电流不为0的管子均为耗尽型
放几张来自模拟电子线路书上面的图参考学习:
二、MOS管开关电路
如下为一张典型的N沟道增强型MOS管开关电路原理图:
D1作用:
续流二极管
R1作用:
1、限流电阻,减小瞬间电流值:MOS管属于压控型器件,两两引脚之间存在寄生电容(Cgs、Cgd、Cds):
规格书中一般会标注Ciss、Coss、Crss:
- Ciss = Cgs + Cgd
- Coss = Cds + Cgd
- Crss = Cgd
如图Ciss=587pF,假设VGs=24V,dt=Tr(上升时间)=20ns,则MOS管在开关时的瞬间电流I = Ciss * dVgs / dt = 0.7A
当在栅极串接一个电阻(几Ω~上千Ω)时,会与Ciss形成RC充放电回路,从而减小瞬间电流值
2、调节MOS管的通断速度,有利于控制EMI:同时,加上R1后,MOS管通断切换时间会变慢,有利于控制EMI;但是如果串接的电阻太大,会导致栅极达到导通电压的时间变长,也就是说MOS管处在半导通状态的时间太长,此时MOS管内阻较大,Rds->Rdson的时间比较长,Rds会消耗大量的功率,可能导致MOS管因发热而损坏
3、抑制栅极振荡:
MOS管接入电路后,引入引线寄生电感,会与寄生电容形成LC振荡电路,对于方波这种开关波形信号来说包含很多频率成分:
那么就可能在某个谐振频率相同或者相近时形成串联谐振电路,串接一个电阻后会减小振荡电路的Q值,从而使振荡快速衰减
R2作用:
1、G极对地电阻(一般5KΩ~数十KΩ),通过下拉为MOS管提供一个固定偏置,避免当IC驱动口处于高阻态的情况下G极受到干扰信号使MOS管意外导通
2、泄放电阻,通过这个电阻泄放掉G-S之间的少量静电(G-S之间的电阻很大很大,少量的静电就能通过G-S之间的等效电容产生很高的电压,此时由于RGS很大,感应电荷难以释放,以致于高压将MOS管很薄的绝缘层击穿,损坏MOS管)从而保护MOS管,如果没有这个电阻,MOS管容易受到外界干扰意外导通烧坏,此外在MOS管工作不断开通关断的时候对寄生电容进行适当的放电以保护MOS管
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