开关电源学习笔记之MOS管

1. 什么是MOS管？
- 1.1 如何判断MOS管的G栅极、D漏极、S源极?
- 1.2 如何判断MOS管是N型还是P型?
2. MOS管驱动电路分析
- 2.1 各元件的作用是什么？
- - （1）二极管D1的作用
  - （2）电阻R2的作用
  - （3）电阻R3的作用
- 2.2 什么是MOS管的米勒效应?
3. MOS管驱动电压GS振荡分析
- 3.1 驱动电压GS振荡原因
- 3.2 如何消除驱动电压GS振荡

1. 什么是MOS管？

（1）MOS管是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的简称。
（2）MOS管有三个引脚，分别为G栅极、D漏极、S源极。
（3）MOS管一般分为NMOS和PMOS，不过实际电路中NMOS管使用较多。
（4）NMOS：D极接输入，S极接输出。PMOS：S极接输入，D极接输出。

图1

1.1 如何判断MOS管的G栅极、D漏极、S源极?

万用表测量，方法如下：
前提是需要知道MOS管是NMOS还是PMOS。S源极与D漏极之间应该有二极管的管压降0.5v左右，剩下没有管压降的一端就是G栅极。如果是N型MOS管，则红表笔为S源极，黑表笔为D漏极。如果是P型MOS管，则红表笔是D漏极，黑表笔是S源极。（结合图1理解）

1.2 如何判断MOS管是N型还是P型?

万用表测量，方法如下：
前提是需要知道MOS管的三个引脚分别是什么极。用电压表的二极管档，测量D漏极与S源极。当测得有0.5V管压降时，如果红表笔接S源极，黑表笔接D漏极，则是NMOS管；如果红表笔接D漏极，黑表笔接S源极，则是PMOS管。（结合图1理解）

2. MOS管驱动电路分析

下面是常见的MOS管驱动电路（注意：Cgd和Cgs是MOS管的寄生电容，实际电路中是没有的）。

图2

2.1 各元件的作用是什么？

（1）二极管D1的作用

二极管D1在驱动信号是低电平时起到快速关断的作用。一般在H桥驱动电路中需要加此二极管起到“慢开快关”的作用，防止上下桥臂直通。

（2）电阻R2的作用

电阻R2的作用是防止驱动波形振荡。如果阻值太小，GS驱动波形会振荡；阻值太大会导致MOS管开通和关断速度慢，并且降低电源效率。

（3）电阻R3的作用

MOS管栅极输入阻抗高，在引脚悬空的情况下，很容易在栅极形成较高的感应电压而使MOS管误导通，电阻R3可以保证栅极可靠的下拉截止。典型值10K。

2.2 什么是MOS管的米勒效应?

G极与D极存在极间电容Cgd，G极与S极存在极间电容Cgs，当G极有高电平信号时，电容Cgs充电到阈值电压4V时，DS极开始导通，D极电平下降趋近于0V，此过程电容Cgd开始充电，使G极电压在短时间内保持在4V，这就是米勒效应。该阈值电压Vgs也叫“米勒平台”。米勒平台在MOS管的导通与关断时都存在，其宽度与G极驱动电阻R2直接相关。

3. MOS管驱动电压GS振荡分析

图3

3.1 驱动电压GS振荡原因

图3电路中，X1输入的驱动波形正常，到Cgs两端的波形就有振荡了（如图4），实际上这个振荡是由R2、L1和Cgs串联谐振引起的，R2为驱动电阻，L1是PCB上走线的寄生电感，Cgs是MOS管GS的极间电容。

图4

对于一个RLC串联谐振电路，其中L1和Cgs不消耗功率，电阻R2起到阻止振荡的阻尼作用。实际上这个驱动电阻的阻值就决定了Cgs两端会不会振荡。
1、当 R2 > 2*(L1/Cgs)^0.5时，S1，S2为不相等的实数根。过阻尼情况。
在这种情况下，基本不会发生振荡的。
2、当 R2 = 2*(L1/Cgs)^0.5时，S1，S2为两个相等的实数根。临界情况。
在这种情况下，有振荡也是比较微弱的。
3、当 R2 < 2*(L1/Cgs)^0.5时，S1，S2为共轭复数根。欠阻尼情况。
在这种情况下，电路一定会发生振荡。

3.2 如何消除驱动电压GS振荡

消除驱动电压GS振荡，我们有几个选择：
1、增大电阻 R2 使 R2 ≥ 2*(L1/Cgs)^0.5，来消除振荡，对于增大R2会降低电源效率的，我们一般选择接近临界的阻值。
2、减小PCB走线寄生电感L1，这个是在PCB布局布线中一定要注意的。
3、增大Cgs,对于这个我们往往都不太好改变，Cgs的增大会使开通时间大大加长，我们一般都不去改变它。
所以最主要的还是在PCB布局布线的时候，特别注意走线的长度，驱动回路的长度越短越好，另外可以适当加大驱动电阻R2。