MOS管在开关电路中的使用

mos管开关电路是利用一种电路,是利用mos管栅极(g)控制mos管源极(s)和漏极(d)通断的原理构造的电路。mos管分为n沟道与p沟道,所以开关电路也主要分为两种。
p沟道mos管开关电路 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)。需要注意的是,vgs指的是栅极g与源极s的电压,即栅极低于电源一定电压就导通,而非相对于地的电压。但是因为pmos导通内阻比较大,所以只适用低功率的情况。大功率仍然使用n沟道mos管。
n沟道mos管开关电路 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),只要栅极电压大于参数手册中给定的vgs就可以了,漏极d接电源,源极s接地。需要注意的是vgs指的是栅极g与源极s的压差,所以当nmos作为高端驱动时候,当漏极d与源极s导通时,漏极d与源极s电势相等,那么栅极g必须高于源极s与漏极d电压,漏极d与源极s才能继续导通。
一般情况下普遍用于高端驱动的mos,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。
mos管是电压驱动,按理说只要栅极电压到到开启电压就能导通ds,栅极串多大电阻均能导通。但如果要求开关频率较高时,栅对地或vcc可以看做是一个电容,对于一个电容来说,串的电阻越大,栅极达到导通电压时间越长,mos处于半导通状态时间也越长,在半导通状态内阻较大,发热也会增大,极易损坏mos,所以高频时栅极栅极串的电阻不但要小,一般要加前置驱动电路的。
场效应管的作用主要有信号的转换、控制电路的通断,这里我们讲解的是mos管作为开关管的使用。对于mos管的选型,注意4个参数:漏源电压(d、s两端承受的电压)、工作电流(经过mos管的电路)、开启电压(让mos管导通的g、s电压)、工作频率(最大的开关频率)。下面我们看一下mos管的引脚,如下图所示:
有3个引脚,分别为g(栅极)、s(源极)、d(漏极)。在开关电路中,d和s相当于需要接通的电路两端,g为开关控制。这里给大家分享一个自己的分辨p沟道和n沟道的方法,我们就看中间的箭头,把g(栅极)连接的部分当做沟道,大家都知道pn结,而不是np结,那么就是p指向n的,所以脑海里想到这样的情景 p--》n,所以箭头都是p--》n的,那么中间的箭头指向的就是n,如果指向沟道那就是n沟道,如果指向的是s(没有指向沟道),那就是p沟道。这个方法也适用于三极管的判别(npn、pnp)。
在上图中我们可以看到右边都有一个寄生二极管,起到保护的作用。那么根据二极管的单向导电性我们也能知道在电路连接中,d和s应该如何连接。使用有寄生二极管的n沟道mos管的情况下,d的电压要高于s的电压,否则mos管无法正常工作(二极管导通)。使用有寄生二极管的p沟道mos管,s的电压要高于d的电压,原因同上。
下面是mos管的导通条件,只要记住电压方向与中间箭头方向相反即为导通(当然这个相反电压需要达到mos管的开启电压)。比如导通电压为3v的n沟道mos管,只要g的电压比s的电压高3v即可导通(d的电压也要比s的高)。同理,导通电压为3v的p沟道mos管,只要g的电压比s的电压低3v即可导通(s的电压比d的高)。在电路中的典型应用如下图所示,分别为n沟道与p沟道的mos管驱动电路:
我们可以看到,n沟道的mos管的电路中,beep引脚为高电平即可导通,蜂鸣器发出声音,低电平关闭蜂鸣器;p沟道的mos管是用来控制gps模块的电源通断,gps_pwr引脚为低电平时导通,gps模块正常供电,高电平时gps模块断电。
重点、重点、重点:以上两个应用电路中,n沟道和p沟道mos管不能互相替代,如下两个应用电路不能正常工作:

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