MOSFET管开关电路设计

1、仅供个人参考MO甯开关电路设计知识在使用MO潸设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人 都会考虑MOS勺导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅 仅考虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的， 作为正式的产品设计也是不允许的。下面是我对MOSFET MOSFE驱动电路基础的一点总结，其中参 考了一些资料，非全部原创。包括 MO甯的介绍，特性，驱动以及应 用电路。1, MOST种类和结构MOSFET管是FET的一种（另一种是JFED ,可以被制造成增强型 或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的 N沟道MOSf和增弓5型的P沟道MOST,所以通常提到N

2、MOS或者 PMOS!的就是这两种。For personal use only in study and research; not for commercial use至于为什么不使用耗尽型的 MOST,不建议刨根问底。对于这两种增强型MOST,比较常用的是NMOS原因是导通电 阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用 NMOS下面的介绍中，也多以 NMOS；主。MOS 管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。For personal use onl

3、y in study and research; not for commercial use在MO甯原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极 管。这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的MO甯中存在，在集成电路芯 片内部通常是没有的。2, MO潸导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。NMOS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。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 PMOSI以很方便地用作

4、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，通常还是使用NMO。 S3, MO肝关管损失不管是NMOSE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MO甯会减小导通损耗。现在的小功率MO甯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。MOS5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，most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，而且开关频率越快，损失也越大。导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的

5、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。4, MOST驱动跟双极性晶体管相比，一般认为使most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MOST的结构中可以看到，在 GS G应间存在寄生电容，而 most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MOST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 NMOS导通时需要是栅极 电压

6、大于源极电压。而高端驱动的MOST导通时源极电压与漏极电压 (VCC相同，所以这日t栅极电压要比 VCCfe 4V或10V。如果在同一 个系统里，要得到比VCCC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 MO甯。上边说的4V或10V是常用的MOST的导通电压，设计时当然需要有一定的余量。而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的 MOS!用在不同的领域里，但在12V汽车电子系统里，一般4V导通就够用了。MOS 管的驱动电路及其损失，可以参考Microchip 公司的 AN799Matchin

7、g MOSFET Drivers to MOSFETs。讲述得很详细，所以不打算多写了。5, MOST应用电路most最显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用在需要电子开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。MO甯的开关特性一、静态特性MOST作为开关元件，同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOST是电压控制元件，所以主要由栅源电压 UGS决定其工作状态 图3.8(a)为由NMOS1强型管构成的开关电路。不得用于商业用途仅供个人参考截止(b) 口七0图3.8 NMO管构成的开关电路及其等效电路工作特性如下：冰Ugs<开启电压UT: MO甯工作在截止区，漏源电流iDs基本

8、为0, 输出电压UdsUdd, MO甯处于"断开"状态，具等效电路如图3.8(b) 所示。派ugs>开启电压UT： MOSIF工作在导通区，漏源电流i ds=Udd/(R D+rDs) o 其中，3为MO潸导通时的漏源电阻。输出电压UDs=Ud rDs/(RD+Ds), 如果ds< <R,则Ud40V, MO潸处于"接通"状态，其等效电路如图 3.8(c)所示。二、动态特性MO潸在导通与截止两种状态发生转换时同样存在过渡过程，但 其动 态特性主要取决于与电路有关的杂散电容充、 放电所需的时间，而管 子本身导通和截止时电荷积累和消散的时间

9、是很小的。图 3.9(a)和 (b)分别给出了一个NMO管组成的电路及其动态特性示意图。图3.9 NMO管动态特性示意图当输入电压Ui由高变低，MO潸由导通状态转换为截止状态时， 电源UDd通过RD向杂散电容Q充电，充电时间常数=RQ。所以，输 出电压Uo要通过一定延时才由低电平变为高电平；当输入电压Ui由低变高，MOST由截止状态转换为导通状态时，杂散电容 CL上的电荷 通过 出进行放电，其 放电时间常数t 2- rdsCLo可见，输出电压Uo也 要经过一定延时才能转变成低电平。但 因为ds比R小得多，所以， 由截止到导通的转换时间比由导通到截止的转换时间要短。由于MO甯导通时的漏源电阻ds

10、比晶体三极管的饱和电阻rcEs要 大得多，漏极外接电阻 R也比晶体管集电极电阻 R大，所以，MOS 不得用于商业用途仅供个人参考管的充、放电时间较长，使MO甯的开关速度比晶体三极管的开关速 度低。不过，在CMOSI路中，由于充电电路和放电电路都是低阻电 路，因此，其充、放电过程都比较快，从而使 CMOSI路有较高的开 关速度。不得用于商业用途仅供个人参考仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tudelatrecherche uniquement d des fins personnelles; pas