MOS管的电路应用
MOS管的选型参考
1、MOS管类型
一般选择增强型NMOS管,同等工艺条件下,导通电阻Ron更小,发热更低,允许通过的电流更大,型号也更多。
2、Vgs电压
需要考虑开启电压,驱动电压,极限电压;
3、ld电流
通常,尺寸越大,导通电阻Ron越小,允许的ld越大,具体手册为准
4、Vds电压
主要考虑Vds极限电压,防止击穿MOS管
5、开关性能
如果作为开关使用,需要考虑开关速率,开关性能,主要受寄生电容的影响,因为开关过程中需要对寄生电容充放电,产生开关损耗。
6、品牌,封装尺寸,价格等
MOS管与三极管的区别
MOS管的栅极g,源极s,漏极d对应于三极管的基极b,发射极e、集电极c,作用比较类似,都可以作为开关、放大使用,但结构,工作方式,性能差异较大。
1、MOS管只有多子参与导电,为单极性;而三极管的多子与少子均参与导电,为双极性。
2、因为少子数目受温度、辐射影响较大,因而MOS管比三极管的温度稳定性好、抗辐射能力强。
3、MOS管用Ugs控制漏极电流ld,输入阻抗达1010Ω,栅极电流几乎为0;而三极管工作时基极需要一定的电流。因此,要求输入阻抗高的电路应选用MOS管。
4、MOS管是由电压驱动的,三极管是由电流驱动的
5、MOS管的电流方向可以为D到S,也可以S到D,而三极管的电流方向只能为C到E(NPN)或E到C(PNP),不能同时两个方向。
注意:
NMOS管: 控制的电流方向由D流向S,与寄生二极管反向,NMOS管可控
控制的电流方向由S流向D,与寄生二极管同向,NMOS管不能关闭
PMOS管: 控制的电流方向由S流向D,与寄生二极管反向,PMOS管可控
控制的电流方向由D流向S,与寄生二极管同向,PMOS管不能关闭
MOS管的电路应用
1、NMOS管用于防反接保护
本来NMOS管的S极是接GND的,这里用D极接GND,VIN输入的电流流过负载后从寄生二极管流向GND,该二极管会由0.7V的压降,电流也可以从R87、R88流过,经寄生二极管流到GND,这样的话R87与R88分压就得到Vgs,当Vgs大于Vgs(th)时,NMOS管就会完全导通;
假如电源输入接反,上面是GND,下面是VIN,则由于寄生二极管的原因,VIN的电流不能通过NMOS管,Vgs电压接GND,所以Vgs也不会大于Vgs(th),NMOS管不会导通,所以起到防反接作用
R87,R88电阻分压,调整Vgs电压,Vgs电压尽量大,这样,Ron越小,压降越小,损耗越低;
D25,稳压二极管,防止Vgs电压超过极限电压。
2、PMOS管用于防反接保护
PMOS管防反接原理与NMOS管的类似,也是利用寄生二极管,VIN输入的电流通过二极管后,经过R29与R31的分压,得到Vgs电压,当Vgs大于Vgs(th),则PMOS管完全导通
假如输入接反,上面是GND,下面是VIN,则Vgs直接接GND,不会导通
3、NMOS管用于低端开关
因为是作开关使用,所以寄生二极管的方向需要注意不能接反,方向是从S到D,S接GND,D接VCC,与电源电流方向相反,才能通过Vgs控制NMOS管,如果接反则不可控
R14起到限流作用,单片机输出高电平时,通过R14给Cgs电容充电,U7导通,线圈通电吸合;单片机输出低电平时,Cgs电容通过R14放电,U7截止,线圈断电不吸合;
由于单片机输出电压没有超过Vgs的运行电压,GS端不需要并电阻到地
假如不是通过单片机引脚控制Vgs的话,例如是一个座子,那该引脚就是一个悬空的状态,因为有寄生电容的存在,如果人的手碰到了座子插针,那可能会给电容充电导致NMOS管导通,造成产品不稳定,这时就需要在R14前接一个电阻到GND,默认Vgs接地,保证NMOS管不导通
4、PMOS管用于高端开关
该电路首先是单片机引脚控制NMOS管的导通与截止,间接控制PMOS管的导通与截止
当单片机引脚输出高电平时,U6导通,上方5-28V电源电流流过R10、R12到GND,R10和R12分压得到Vgs,当Vgs大于U5的Vgs(th)时,PMOS管导通
当引脚输出低电平,U6截止,U5也截止
如果VIN电压小于单片机IO口电压,可以去掉U6,直接控制U5,因为单片机引脚普遍耐压为5V,超过会烧毁引脚
R10,R12:电阻分压,调整Vgs电压,|Vgs|电压尽量大,这样,Ron越小,压降越小,损耗越低;
R12同时起到限流作用,U6导通时,Cgs寄生电容通过R12充电,避免过大的充电电流流过U6,出现大批量生产时,MOS管U6被击穿的现象。
R16同样起到限流作用,单片机输出低电平时,Cgs寄生电容通过R16放电,避免过大的放电电流流过单片机的IO口,出现大批量生产时,单片机lO口被击穿的现象。
F2是PTC可恢复保险丝,启动限流、短路保护的作用。
5、PMOS管作为BUCK降压电路的开关管
芯片的DRV引脚会输出高低电平信号控制PMOS管的导通截止
6、MOS管构成H全桥驱动电机
电源输入部分的PMOS管起防反接作用,全桥驱动是由四个MOS管组成,上面两个是PMOS管,下面两个是NMOS管,J2的1脚是电源输入,2脚是GND
当U4和U9导通,U5和U8截止时,电流流向如上图所示,这样J2的3、4脚就有一个电流流向,是从3脚流向4脚的,可以接电机,例如控制电机正转
当U5和U8导通,U4和U9截止时,电流流向如上图所示,J2的电流是从4脚流向3脚的,就可以控制电机反转