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MOS管電路工作原理詳解,MOS管工作原理文章-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-04-09 

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1,MOS管種類和結構

皇冠體育官網管是FET的一種(另一種是JFET),可以被制造成增強型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但實際應用的隻有增強型的N溝道MOS管型号和增強型的P溝道MOS管型号,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是這兩種。至于為什麼不使用耗盡型的MOS管,不建議刨根問底。對于這兩種增強型MOS管,比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小,且容易制造。所以開關電源和馬達驅動的應用中,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産生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些,但沒有辦法避免,後邊再詳細介紹。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,在驅動感性負載,這個二極管很重要。順便說一句,體二極管隻在單個的MOS管中存在,在集成電路芯片内部通常是沒有的。


2,MOS管導通特性

導通的意思是作為開關,相當于開關閉合。NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會導通,适合用于源極接地時的情況(低端驅動),隻要栅極電壓達到4V或10V就可以了。PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導通,适合用于源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由于導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅動中,通常還是使用NMOS。


3,MOS開關管損失

不管是NMOS還是PMOS,導通後都有導通電阻存在,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通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗。現在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。MOS在導通和截止的時候,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,在這段時間内,MOS管的損失是電壓和電流的乘積,叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多,而且開關頻率越快,損失也越大。導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大。縮短開關時間,可以減小每次導通時的損失;降低開關頻率,可以減小單位時間内的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。



4,MOS管驅動

跟雙極性晶體管相比,一般認為使MOS管導通不需要電流,隻要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管的結構中可以看到,在GS,GD之間存在寄生電容,而MOS管的驅動,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/設計MOS管驅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,普遍用于高端驅動的NMOS,導通時需要是栅極電壓大于源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時栅極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個系統裡,要得到比VCC大的電壓,就要專門的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵,要注意的是應該選擇合适的外接電容,以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。

上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導通電壓,設計時當然需要有一定的餘量。而且電壓越高,導通速度越快,導通電阻也越小。現在也有導通電壓更小的MOS管用在不同的領域裡,但在12V汽車電子系統裡,一般4V導通就夠用了。


5,MOS管應用電路

MOS管最顯著的特性是開關特性好,所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中,常見的如開關電源,也有照明調光。

現在的MOS驅動,有幾個特别的需求。1,低壓應用當使用5V電源,這時候如果使用傳統的圖騰柱結構,由于三極管的be有0.7V左右的壓降,導緻實際最終加在gate上的電壓隻有4.3V。這時候,我們選用标稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風險。 同樣的問題也發生在使用3V或者其他低壓電源的場合。

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封裝TO-252

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電流18A

電壓500V

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封裝TO-3P

KIA20N40H型号

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電壓400V

内阻0.25

封裝TO-3P

KIA20N50H型号

電流20A

電壓500V

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電壓500V

内阻0.2

封裝TO-3P

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電流6A

電壓20V

内阻0.03

SOT-23封裝







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