【经验】解析如何选择最适合的MOS管驱动电路

2021-12-28 SLKOR
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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。本文SLKOR主要解析如何选择最适合的MOS管驱动电路。


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),这个二极管很重要。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管导通特性

导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。

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4V或10V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。


3、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。


4、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AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs。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。


5种常用开关电源MOSFET驱动电路解析

在使用MOSFET设计开关电源时,大部分人都会考虑MOSFET的导通电阻、最大电压、最大电流。但很多时候也仅仅考虑了这些因素,这样的电路也许可以正常工作,但并不是一个好的设计方案。更细致的,MOSFET还应考虑本身寄生的参数。对一个确定的MOSFET,其驱动电路,驱动脚输出的峰值电流,上升速率等,都会影响MOSFET的开关性能。


当电源IC与MOS管选定之后,选择合适的驱动电路来连接电源IC与MOS管就显得尤其重要了。


一个好的MOSFET驱动电路有以下几点要求:

●开关管开通瞬时,驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值,保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡。

●开关导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定且可靠导通。

●关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放,保证开关管能快速关断。

●驱动电路结构简单可靠、损耗小。

●根据情况施加隔离。

图 1

MOS管和IGBT驱动电路是驱动电压还是电流呢?


MOS管与IDBT都是电压驱动元件。也就是栅极电压控制漏极或集电极电流。


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选型指南  -  固得沃克  - 2022/11/22 PDF 中文 下载

最大漏源电压达60V的MOS管HKTD20N06,可用于电机驱动、LED和电源等

MOS管在稳压以及开关等电路上具有非常重要的作用,一款好的MOS管除了具备好的产品性能,其功耗、产品稳定性同样重要。本期,合科泰电子给大家介绍一款MOS管HKTD20N06,可用于电机驱动、LED和电源等产品上。

产品    发布时间 : 2024-11-17

【选型】AiT(创瑞科技)电源管理IC/EEPROM存储芯片/分离器件/保险丝/晶振/电感选型指南

目录- 直流电源转换器    交直流转换控制器    复位IC    稳压器    LED驱动    OLED 驱动    闸驱动控制    马达驱动    开关与过滤控制    USB 充电端口控制器    霍尔开关    音频功放    运算放大器    电池管理    EEPROM存储芯片(记忆体)    触控IC    MOS 管开关    电感    分离器件    可恢复式保险丝    晶振    车用电子(AEC-Q101)   

型号- LM4689,RUR04N02,TWSS,TBAXXXW,TWSR,TMBTA94,TMBZ5229B,TBAXXXL,TS3A24159,MC7805,F0805L010,KOL7050,TMBTA92,24C128,TESD6A6V8W6,S-93C46,TSODJ28CA-SH,TMBR340F,LM432,LM431,TRBXXXF-XX,TESD5L3.3C,AM4102,S-24C32,TMBZ5228B,TBAS70-05L,TWSF,TMBT6520,FSUB42,TRB751V-40,F0805L020,TESD5L3.3,TM3Z9V1,TSODJ12CA-SH,TWSI,TSOD4005-SH,S-24C02,S-24C04,F1210L200SL,AOT4N60,S-24C08,TMSZ5238B,TMBT6517,2N7002DKW,F1206L400SL,TDTC114YE,MX25P128,TMSZ5239B,TMBTA55L,F0805L260SLTH,TMBR120F,TM5Z22V,KSS7050,TMBT4403W,AOT7S60,S-24C16,T2SCXXXL,F0805L050-9,T2SCXXXW,T2SD1781KR,TMSZ5237B,F0603L,RT8293,TMBTA56L,TESD9D3.3C,RT9149,TPA3110,TX99-04B,F2920L200,KF868.35,TESD5Z5.0C,F1210L005,TBC807-40L,LT1084,KOG3225,AM6310,KVL7050,TBZX84C7V5,S-24C64,A2610,F0805L050,TUDZS20B,TM5Z24V,TBC807-40W,TMBT4401L,KRT7050,RB520G-30,TMBT4401W,2SAXXXM3,F1812L020-60,KF8042,BAT750,AOTF11S60,TMBT4403L,TMBTA42,TESD6AXXXW6,TSODJ7.5CA-SH,AP8370,TBZT52C2V4,FAN73892MX,TBZT52C2V7,AOTF11S65,MP9115,KTC7050,TBC848CPDW,F1210L020,AP8366,TBC847BDW,KF8037,A4810,RB520CS-30,A4812,A4813,R3111,R1EX241024,AM3416A,8MXX,AM8958,R1EX24512,F2920L300-15,F0805L035,T2SC1623SW,A4808,A4809,KF8021,TBAT54TW,KF8022,WSA,KF8023,A4804,F1210L010,KF8024,A4805,WSC,A4806,TCM809,TDTC114TE,TSODJ5.0A-SH,KF8028,3C46,WSF,WSI,TBZX84B4V7,WSM,WSP,WSS,WSR,F2920L300-24,MDL301,RT9101,MPS915,KSM1610,SM5100C,F2920L250,KF8010,TSODJ30CA-SH,TSODJ45A-SH,MBTXXXM,KF8011,KF8012,ESD5V0S1,KF8013,AO324A,TBA277,AM2309,MBTXXXW,KF8017,AM2308,AM2307,AM2306,MBTXXXT,AM2305,AM2304,AM2303,AM2302,TBC847BL,TBZT52B3V3,AM2301,KR915,AM2300,630,TBZT52B3V0,TBZT52B3V6,TMBZ5221B,TBC847BT,TDTC115EE,FM401-407,TSTZ5.6N,TBZT52B3V9,TBC847BW,F1210L035,TBAS21C,F2920L260,KF8002,F-11,KF8007,TBAT54L,KF8008,KF8009,TBAS21H,TESD8H5.0C,AM4501,LT3400B,T2SCXXX/W,TBAT54H,TBC847CL,A24C256,TBAT54W,AO4406A,642,T1SSXXX,TBC847CW,TRB501V-40,T2SCXXX/L,S-1111,MBD2836,F1206L600SL,AM0830H,AM4953,MBD2838,TBAS20H,TBSS84DW,F0805L075,MAX4685,MAX4684,F1210L400SL,9LXX,MBTXXXX,F1210L050,AM2319,AM2318,AM2317,NCP717,2N7002W,AM2313,AM2312,TBC847AL,AM2311,AM2310,TDTA114EE,KF7139,TBAV70L,NLAS3157,F1206L025-24,2SAXXX,TBAV70W,TBC847AW,TMBTXXX/L,TBAV70T,TBZX84C3V3,BR24L2048,TBZX84C3V0,WSF8D,TBC817-25L,TSODJ36A-SH,S-1132,TBZX84C3V9,TMBR0520E,BAV99L,TMBR0520F,TBZX84C3V6,A780,TMBZ5225B,AM1013,MBTHXXX/L,AM1012,TBC817-25W,A6141,AM2342,KF7128,A6140,KF7126,ESD3ZXX,XC9216,AP8306,TPS61041,RT9176,F1210L075,A317,TM3Z18V,BAT54XX,F1206L050-15,TBZT52C6V2,TBZT52C6V8,BAV99W,RT9166,TUDZS8.2B,RT9165,RT9164,F1206L150SL,TSODJ58A-SH,TPS2513,TPS2514,MBTAXXW,BAT54XW,TBASXXH,TMBZ5227B,RT9193,MBTAXXL,632A,BAT54XL,MBD7000L,AT1318,RT9198,S-24C256,MBTAXXX,TMBZ5226B,RT9183,2SCXXXM3,A6151,TM3Z16V,A6150,TMBT5551L,A24C2048,S-1172,BR24L256,AM2N7002DW,LT1844,LM78LXX,TBZX84C39,A7425,AM410,A7431,TBZX84C43,AON6210,TBZX84C47,SI4178,R1EX24016,TM3Z27V,TBZT52B7V5,KF4053,SM8205,TSODJ26CA-SH,TGSOT12C,QCC4A,TSODJ7.0CA-SH,R1EX24032,BZX84CXXX,W 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选型指南  -  AIT  - 2019年Q2 PDF 中文 下载

【产品】N沟道中压MOS管SL15N10A可承受高达100℃的工作温度,适用于高功率电路

SL15N10A是N沟道中压MOS管 ,漏源电压(Vdss)为100V,连续漏极电流(Id)为15A,导通电阻(RDS(on)@Vgs,Id)是130mΩ@20V,15A,阈值电压(Vgs(th)@Id)是20V@15A,具有高漏源电压和低导通电阻的特点,能够承受高达100℃的工作温度,可以广泛应用于各种开关电路、电源管理和电动机控制等领域。

产品    发布时间 : 2023-09-26

最大漏源电压60V的合科泰MOS管HKTD80N06,可承受80A连续漏极电流,适用于电机驱动和电源等

合科泰电子生产的一款MOS管HKTD80N06产品采用N沟道制作,它具有很好的电气性能,其能承受的最大漏源电压60V,栅源电压20V,连续漏极电流80A,漏源导通电阻0.0065欧姆,最小栅极阈值电压2V,最小栅极阈值电压4V,耗散功率100mW。它具有超低功耗、充分表征雪崩电压、模压塑料材料温度可靠等特点。高电流承载能力,能承受高达80A的连续漏极电流,使得它非常适合于需要高电流的应用场景。

产品    发布时间 : 2024-11-14

【技术】一文解析MOS管的驱动

在进行驱动电路设计之前,必须先清楚MOS管的模型、MOS管的开关过程、MOS管的栅极电荷以及MOS管的输入输出电容、跨接电容、等效电容等参数对驱动的影响。本文中时科将为大家解析MOS管的驱动。

技术探讨    发布时间 : 2022-08-30

【产品】导通电阻低至55mΩ的萨科微低压MOS管SL2305,漏源电压为20V,提高设备的工作效率

SL2305具有低导通电阻高效能,低阈值电压易于控制等性能,由于其优秀的性能指标,被广泛应用于各种电子设备中。SL2305更多用于功率开关、稳压器、DC-DC转换器、低压电源开关等领域。在功率开关领域,它可以用于控制高电流和高电压的开关,如用于电机驱动、电源开关、照明控制等。在稳压器领域,它可以用于实现高效率的稳压器,例如用于手机充电器、电脑电源等。

产品    发布时间 : 2023-09-26

TMC科普课堂系列——MOS管的重要特性,及在开关电源电路中大功率MOS管和晶体三极管的优点

本文台懋解析了MOS管和晶体三极管相比的重要特性,以及在开关电源电路中,大功率MOS管和大功率晶体三极管相比MOS管的优点。

技术探讨    发布时间 : 2024-11-06

合科泰TO-220封装高压MOS管4N60,可用于开关电源和电机驱动器等应用上

高压MOS管的沟道区宽、漏极区大、栅极采用特殊工艺,这些特点使得它的管子能够承受高电压。高压MOS管可用于高压电路,具有高电压承受能力和低开关损耗,因此在高压电路中得到了广泛应用。本期,合科泰电子给大家介绍一款经典且常用的高压MOS管4N60,这个管子已经被广泛应用在开关电源、开关稳压器和电机驱动器等产品上。

产品    发布时间 : 2024-04-27

MOS管用途?——放大作用、开关作用、保护作用、信号调制作用、电源控制作用

MOS管在电子技术中具有广泛的应用,包括放大作用、开关作用、保护作用、信号调制作用、电源控制作用。

技术探讨    发布时间 : 2024-08-15

深入了解MOS管的种类以及相关基础知识

本文由金誉半导体再带大家深入的了解一下MOS管的种类以及相关基础知识。

技术探讨    发布时间 : 2024-10-27

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