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解析mosfet應(yīng)用電路 mos管開關(guān)電路知識(shí)通俗易懂
  • 發(fā)布時(shí)間:2020-09-10 18:05:06
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解析mosfet應(yīng)用電路 mos管開關(guān)電路知識(shí)通俗易懂
mosfet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(jiàn)的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng),也有照明調(diào)光。
MOS電路為單極型集成電路,又稱為MOS集成電路,它采用金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管制造,其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、集成度高、功耗低,但速度較慢。
mosfet應(yīng)用電路解析
學(xué)習(xí)過(guò)模擬電路的人都知道三極管是流控流器件,也就是由基極電流控制集電極與發(fā)射極之間的電流;而MOS管是壓控流器件,也就是由柵極上所加的電壓控制漏極與源極之間電流。
MOSFET管是FET的一種,可以被制造為增強(qiáng)型或者耗盡型,P溝道或N溝道共四種類型,但實(shí)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。實(shí)際應(yīng)用中,NMOS居多。
mosfet應(yīng)用電路
圖1 左邊是N溝道的MOS管,右邊是P溝道的MOS管
寄生二極管的方向如何判斷呢?它的判斷規(guī)則就是對(duì)于N溝道,由S極指向D極;對(duì)于P溝道,由D極指向S極。
mosfet應(yīng)用電路
如何分辨MOS管三個(gè)極?
D極單獨(dú)位于一邊,而G極是第4PIN。剩下的3個(gè)腳則是S極。它們的位置是相對(duì)固定的,記住這一點(diǎn)很有用。請(qǐng)注意:不論NMOS管還是PMOS管,上述PIN腳的確定方法都是一樣的。
mosfet應(yīng)用電路
MOS管導(dǎo)通特性
導(dǎo)通的意思是作為開關(guān),相當(dāng)于開關(guān)閉合。NMOS的特性:Vgs大于某一值管子就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng)),只要柵極電壓達(dá)到4V就可以了。
PMOS的特性:Vgs小于某一值管子就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接VCC時(shí)的情況(高端驅(qū)動(dòng))。下圖是MOS管開關(guān)電路,輸入電壓是Ui,輸出電壓是Uo。
當(dāng)Ui較小時(shí),MOS管是截止的, Uo=Uoh=Vdd;
當(dāng)Ui較大時(shí),MOS管是導(dǎo)通的, Uo =Ron/(Ron+Rd)*Vdd,由于Ron<
mosfet應(yīng)用電路
應(yīng)用實(shí)例:
以下是某筆記本主板的電路原理圖分析,在此mos管是開關(guān)作用:PQ27控制腳為低電平,PQ27截止,而右側(cè)的mos管導(dǎo)通,所以輸出拉低;
mosfet應(yīng)用電路
電路原理分析:PQ27控制腳為高電平,PQ27導(dǎo)通,所以其漏極為低電平,右側(cè)的mos管處于截止?fàn)顟B(tài),所以輸出為高電平。
mosfet應(yīng)用電路
整體看來(lái),兩個(gè)管子的搭配作用就是高低電平的切換,這個(gè)電路來(lái)自于筆記本主板的電路,但是這個(gè)電路模塊也更常見(jiàn)于復(fù)雜電路的上電時(shí)序控制模塊,GPIO的操作模塊等等應(yīng)用中。
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MOS管的隔離作用
MOS管實(shí)現(xiàn)電壓隔離的作用是另外一個(gè)非常重要且常見(jiàn)的功能,隔離的重要性在于:擔(dān)心前一極的電流漏到后面的電路中,對(duì)電路系統(tǒng)的上電時(shí)序,處理器或邏輯器件的工作造成誤判,最終導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此,實(shí)際的電路系統(tǒng)中,隔離的作用非常重要。
mosfet應(yīng)用電路
比如,上下兩個(gè)圖就是通過(guò)源極的高低電平來(lái)控制MOS管的通斷,來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)電平的隔離,因?yàn)镸OS管有體二極管,并且是反向的,所以并不會(huì)有信號(hào)通過(guò)MOS管漏過(guò)去。這是一個(gè)非常經(jīng)典的電路,并且可以通過(guò)搭配衍生出很多實(shí)用的電路。
比如,下面這個(gè)IIC總線中電平轉(zhuǎn)換電路,其實(shí)跟上面的電路存在極大的相似性。
mosfet應(yīng)用電路
電路分析:
SDA1為高電平(3V3)時(shí),TR1截止,SDA2輸出為高電平(5V);
SDA1為低電平(0V)時(shí),TR1導(dǎo)通,SDA2輸出為低電平。
mosfet應(yīng)用電路
MOS開關(guān)電路管損失
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(huì)在這個(gè)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(huì)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(shí)候,一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)下降的過(guò)程,流過(guò)的電流有一個(gè)上升的過(guò)程,在這段時(shí)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(shí)間,可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失;降低開關(guān)頻率,可以減小單位時(shí)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。
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