MOS管原理用法

    学过模拟电路，但都忘得差不多了。重新学习MOS管相关知识，大多数是整理得来并非原创。如有错误还请多多指点！

 

先上一张图

 

 

一、 一句话MOS管工作原理

     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)，只要栅极电压达到一定电压（如4V或10V, 其他电压，看手册）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。

 

 

二、

在使用MOS管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的导通电阻，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。
    1，MOS管种类和结构
   MOSFET管是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MOS管和增强型的P沟道MOS管，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MOS管，不建议刨根问底。
   
    对于这两种增强型MOS管，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。

    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。
    在MOS管原理图上可以看到，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、继电器），这个二极管很重要，用于保护回路。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。

 

 

2，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MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管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。MOS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，MOS管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。

3，MOS管驱动
    跟双极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，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MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，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MOS管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MOS管。

    上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压，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管用在不同的领域里，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AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。讲述得很详细，所以不打算多写了。

5，MOS管应用电路
    MOS管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。
   

参数含义：

 Rds(on)：DS的导通电阻.当Vgs=10V时，MOS的DS之间的电阻
Id：     最大DS电流.会随温度的升高而降低
Vgs:     最大GS电压.一般为：-20V~+20V
Idm:     最大脉冲DS电流.会随温度的升高而降低，体现一个抗冲击能力，跟脉冲时间也有关系
Pd:      最大耗散功率
Tj:      最大工作结温，通常为150度和175度
Tstg:    最大存储温度
Iar:     雪崩电流
Ear:     重复雪崩击穿能量
Eas:     单次脉冲雪崩击穿能量
BVdss：  DS击穿电压
Idss:    饱和DS电流，uA级的电流
Igss:    GS驱动电流，nA级的电流.
gfs:     跨导
Qg:      G总充电电量
Qgs:     GS充电电量 
Qgd:     GD充电电量
Td(on):  导通延迟时间，从有输入电压上升到10%开始到Vds下降到其幅值90%的时间
Tr:      上升时间，输出电压 VDS 从 90% 下降到其幅值 10% 的时间
Td(off): 关断延迟时间，输入电压下降到 90% 开始到 VDS 上升到其关断电压时 10% 的时间
Tf:      下降时间，输出电压 VDS 从 10% 上升到其幅值 90% 的时间 ( 参考图 4) 。 
Ciss:    输入电容，Ciss=Cgd + Cgs.
Coss:    输出电容，Coss=Cds +Cgd. 
Crss:    反向传输电容，Crss=Cgc.
 
 
总结：
N沟道的电源一般接在D，输出S，P沟道的电源一般接在S，输出D。
增强耗尽接法基本一样。
P是指P沟道,N是指N沟道。
G：gate 栅极
S：source 源极
D：drain 漏极
 
以RJK0822SPN的POWER MOS为例：
 Drain to source voltage:VDSS漏源极电压80V
Gate to source voltage：VGSS ±20   门源电压这三种应用在各个领域都有详细的介绍，这里暂时不多写了。以后有时间再总结。

PS  百度知道的一些

 

P沟道

P沟道的管子使用的时候你只需要记住几件事情：当栅极（G）的电压比漏极的电压(D)小5V以上（有的管子可以更低），管子就开始导通，压差越大，G和S（源极）之间的电阻就越小，损耗也就越小，但是不能太大。还有一件事情就是G和S之间的最大耐压，元器件手册上有说明。最后就是G和S之间容许通过的最大电流，这个元器件手册上写的也很清楚。说的够明白了。

N沟道

结构上，N沟道耗尽型MOS管与N沟道增强型MOS管基本相似,其区别仅在于栅－源极间电压vGS=0时，耗尽型MOS管中的漏－源极间已有导电沟道产生，而增强型MOS管要在vGS≥VT时才出现导电沟道。

原因是制造N沟道耗尽型MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子)，如图1(a)所示，因此即使vGS=0时，在这些正离子产生的电场作用下，漏－源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道)，只要加上正向电压vDS，就有电流iD。如果加上正的vGS，栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子，沟道加宽，沟道电阻变小，iD增大。反之vGS为负时，沟道中感应的电子减少，沟道变窄，沟道电阻变大，iD减小。当vGS负向增加到某一数值时，导电沟道消失，iD趋于零，管子截止，故称为耗尽型。沟道消失时的栅-源电压称为夹断电压，仍用VP表示。与N沟道结型场效应管相同，N沟道耗尽型MOS管的夹断电压VP也为负值，但是，前者只能在vGS<0的情况下工作。而后者在vGS=0，vGS>0，VP<vGS<0的情况下均能实现对iD的控制，而且仍能保持栅-源极间有很大的绝缘电阻,使栅极电流为零。这是耗尽型MOS管的一个重要特点。