读书是一种心态,分享是一种快乐
场效应管MOSFET为压控元件,你只要加到它的压控元件所需电压就能使它导通,它的导通就像三极管在饱和状态一样,导通结的压降最小.这就是常说的精典是开关作用.去掉这个控制电压经就截止。
用场效应管MOSFET作开关还能减少功耗,开关特性较好。但为了减少开关动作时的毛刺,一般还要用RC电路作一个“软开关”。
下面是对场效应管MOSFET及场效应管MOSFET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。包括场效应管MOSFET的介绍,特性,驱动以及应用电路。
1,场效应管MOSFET种类和结构 场效应管MOSFET是FET的一种(另一种是JFET),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沟道场效应管MOSFET和增强型的P沟道场效应管MOSFET,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。 至于为什么不使用耗尽型的场效应管MOSFET,不建议刨根问底。 对于这两种增强型场效应管MOSFET,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为主。 场效应管MOSFET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。 在场效应管MOSFET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场效应管MOSFET中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。
2,场效应管MOSFET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,通常还是使用NMOS。
3,MOS开关管损失 不管是NMOS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。选择导通电阻小的场效应管MOSFET会减小导通损耗。现在的小功率场效应管MOSFET导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。 场效应管MOSFET在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。场效应管MOSFET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,场效应管MOSFET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。
4,场效应管MOSFET驱动 跟双极性晶体管相比,一般认为使场效应管MOSFET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。 在场效应管MOSFET的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而场效应管MOSFET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/设计场效应管MOSFET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场效应管MOSFET。 上边说的4V或10V是常用的场效应管MOSFET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。