MOS管原理和用法

  學(xué)過模擬電路，但都忘得差不多了。重新學(xué)習(xí)MOS管相關(guān)知識，大多數(shù)是整理得來并非原創(chuàng)。如有錯誤還請多多指點！

先上一張圖

一、 一句話MOS管工作原理

     NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接地時的情況(低端驅(qū)動)，只要柵極電壓達(dá)到一定電壓（如4V或10V, 其他電壓，看手冊）就可以了。
          PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時的情況(高端驅(qū)動)。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動，但由于導(dǎo)通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動中，通常還是使用NMOS。

二、

在使用MOS管設(shè)計開關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動電路的時候，大部分人都會考慮MOS的導(dǎo)通電阻，最大電壓等，最大電流等，也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的，但并不是優(yōu)秀的，作為正式的產(chǎn)品設(shè)計也是不允許的。
    1，MOS管種類和結(jié)構(gòu)
   MOSFET管是FET的一種（另一種是JFET），可以被制造成增強(qiáng)型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的N溝道MOS管和增強(qiáng)型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。
    至于為什么不使用耗盡型的MOS管，不建議刨根問底。
   
    對于這兩種增強(qiáng)型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導(dǎo)通電阻小，且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動的應(yīng)用中，一般都用NMOS。下面的介紹中，也多以NMOS為主。

    MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在，這不是我們需要的，而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計或選擇驅(qū)動電路的時候要麻煩一些，但沒有辦法避免，后邊再詳細(xì)介紹。
    在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管，在驅(qū)動感性負(fù)載（如馬達(dá)、繼電器），這個二極管很重要，用于保護(hù)回路。順便說一句，體二極管只在單個的MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。

2，MOS開關(guān)管損失
    不管是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，這樣電流就會在這個電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會減小導(dǎo)通損耗�，F(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。

    MOS在導(dǎo)通和截止的時候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程，流過的電流有一個上升的過程，在這段時間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開關(guān)頻率越快，損失也越大。

    導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大�？s短開關(guān)時間，可以減小每次導(dǎo)通時的損失；降低開關(guān)頻率，可以減小單位時間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開關(guān)損失。

3，MOS管驅(qū)動
    跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個很容易做到，但是，我們還需要速度。
    在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動，實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流，因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。選擇/設(shè)計MOS管驅(qū)動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。
    第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動的NMOS，導(dǎo)通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動的MOS管導(dǎo)通時源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動MOS管。

    上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計時當(dāng)然需要有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小�，F(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的領(lǐng)域里，但在12V汽車電子系統(tǒng)里，一般4V導(dǎo)通就夠用了。

    MOS管的驅(qū)動電路及其損失，可以參考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。講述得很詳細(xì)，所以不打算多寫了。

5，MOS管應(yīng)用電路
    MOS管最顯著的特性是開關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動，也有照明調(diào)光。
   

參數(shù)含義：

 Rds(on)：DS的導(dǎo)通電阻.當(dāng)Vgs=10V時，MOS的DS之間的電阻
Id：     最大DS電流.會隨溫度的升高而降低
Vgs:     最大GS電壓.一般為：-20V~+20V
Idm:     最大脈沖DS電流.會隨溫度的升高而降低，體現(xiàn)一個抗沖擊能力，跟脈沖時間也有關(guān)系
Pd:      最大耗散功率
Tj:      最大工作結(jié)溫，通常為150度和175度
Tstg:    最大存儲溫度
Iar:     雪崩電流
Ear:     重復(fù)雪崩擊穿能量
Eas:     單次脈沖雪崩擊穿能量
BVdss：  DS擊穿電壓
Idss:    飽和DS電流，uA級的電流
Igss:    GS驅(qū)動電流，nA級的電流.
gfs:     跨導(dǎo)
Qg:      G總充電電量
Qgs:     GS充電電量 
Qgd:     GD充電電量
Td(on):  導(dǎo)通延遲時間，從有輸入電壓上升到10%開始到Vds下降到其幅值90%的時間
Tr:      上升時間，輸出電壓 VDS 從 90% 下降到其幅值 10% 的時間
Td(off): 關(guān)斷延遲時間，輸入電壓下降到 90% 開始到 VDS 上升到其關(guān)斷電壓時 10% 的時間
Tf:      下降時間，輸出電壓 VDS 從 10% 上升到其幅值 90% 的時間 ( 參考圖 4) 。 
Ciss:    輸入電容，Ciss=Cgd + Cgs.
Coss:    輸出電容，Coss=Cds +Cgd. 
Crss:    反向傳輸電容，Crss=Cgc.
 
 
總結(jié)：
N溝道的電源一般接在D，輸出S，P溝道的電源一般接在S，輸出D。
增強(qiáng)耗盡接法基本一樣。
P是指P溝道,N是指N溝道。
G：gate 柵極
S：source 源極
D：drain 漏極
 
以RJK0822SPN的POWER MOS為例：
 Drain to source voltage:VDSS漏源極電壓80V
Gate to source voltage：VGSS ±20   門源電壓這三種應(yīng)用在各個領(lǐng)域都有詳細(xì)的介紹，這里暫時不多寫了。以后有時間再總結(jié)。