MOS管開關電路詳解

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​一、MOSFET介紹

今天和同事討論起了公司用到的一個MOS管開關電路,針對其中的幾個關鍵點做了比較系統的分析總結。
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MOS管主要是由Metal(金屬)、Oxide(氧化物)、Semiconductor(半導體)通過特殊工藝製成

和三極管(電流控制電流型器件)相比,MOS管(電壓控制電流型器件)具有柵極驅動基本不需要電流,損耗小、噪聲低、抗輻射能力強、輸入阻抗高、結構簡單、便於集成和熱穩定性好等優點

MOSFET可以被製造成P溝道和N溝道兩大類,每一類又分爲增強型或者耗盡型,所以MOSFET有四種:N溝道增強型MOSFET、N溝道耗盡型MOSFET、P溝道增強型MOSFET、P溝道耗盡型MOSFET

在柵-源電壓uGS=0時導電溝道不存在且漏極電流爲0的管子均爲增強型,在柵-源電壓uGS=0時導電溝道已存在且漏極電流不爲0的管子均爲耗盡型

放幾張來自模擬電子線路書上面的圖參考學習:
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二、MOS管開關電路

如下爲一張典型的N溝道增強型MOS管開關電路原理圖:

D1作用:

續流二極管

R1作用:

1、限流電阻,減小瞬間電流值:MOS管屬於壓控型器件,兩兩引腳之間存在寄生電容(Cgs、Cgd、Cds):

規格書中一般會標註Ciss、Coss、Crss:

Ciss = Cgs + Cgd

Coss = Cds + Cgd

Crss = Cgd

如圖Ciss=587pF,假設VGs=24V,dt=Tr(上升時間)=20ns,則MOS管在開關時的瞬間電流I = Ciss * dVgs / dt = 0.7A

當在柵極串接一個電阻(幾Ω~上千Ω)時,會與Ciss形成RC充放電迴路,從而減小瞬間電流值

2、調節MOS管的通斷速度,有利於控制EMI:同時,加上R1後,MOS管通斷切換時間會變慢,有利於控制EMI;但是如果串接的電阻太大,會導致柵極達到導通電壓的時間變長,也就是說MOS管處在半導通狀態的時間太長,此時MOS管內阻較大,Rds->Rdson的時間比較長,Rds會消耗大量的功率,可能導致MOS管因發熱而損壞

3、抑制柵極振盪:

MOS管接入電路後,引入引線寄生電感,會與寄生電容形成LC振盪電路,對於方波這種開關波形信號來說包含很多頻率成分:

那麼就可能在某個諧振頻率相同或者相近時形成串聯諧振電路,串接一個電阻後會減小振盪電路的Q值,從而使振盪快速衰減

R2作用:

1、G極對地電阻(一般5KΩ~數十KΩ),通過下拉爲MOS管提供一個固定偏置,避免當IC驅動口處於高阻態的情況下G極受到干擾信號使MOS管意外導通

2、泄放電阻,通過這個電阻泄放掉G-S之間的少量靜電(G-S之間的電阻很大很大,少量的靜電就能通過G-S之間的等效電容產生很高的電壓,此時由於RGS很大,感應電荷難以釋放,以致於高壓將MOS管很薄的絕緣層擊穿,損壞MOS管)從而保護MOS管,如果沒有這個電阻,MOS管容易受到外界干擾意外導通燒壞,此外在MOS管工作不斷開通關斷的時候對寄生電容進行適當的放電以保護MOS管

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