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MOS管开关电路是什么?

发布时间:2021/12/9 6:05:00

来源:http://www.szinter.com.cn/news733740.html

《泰德兰电子》给予AOS英国万代输出功率MOSFET的型号规格型号选择及运用问题分析及其AC-DC,DC-DC电源IC计划方案型号规格建议---MOS管开关电源电路有什么?详细说明MOS管开关电源电路!

答:MOS管开关电源电路是运用MOS管栅极(g)操纵MOS管源极(s)和漏极(d)导通的基本原理结构的电源电路。因MOS管分成N沟道与P沟道,因此开关电源电路也关键分成二种。

  一般状况下广泛适用于高档推动的MOS,导通时必须是栅极电压超过源极电压。而高档推动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)同样,因此这时栅极电压要比VCC大4V或10V.假如在同一个系统软件里,要获得比VCC大的电压,就需要专业的整流电路了。许多电机控制器都集成化了电荷泵,要留意的是应当选用适宜的外置电容器,以获取充足的短路故障电流去推动MOS管。

  MOS管是电压推动,照理说只需栅极电压到打开电压就能导通DS,栅极串多少电阻器均能导通。但假如规定电源开关工作频率较高时,栅对地或VCC可以看作是一个电容器,针对一个电容器而言,串的电阻器越大,栅极做到导通电压时长越长,MOS处在半导通情况时长也越长,在半导通情况内电阻比较大,发烫也会扩大,非常容易毁坏MOS,因此高频率时栅极栅极串的电阻器不仅要小,一般得加外置光耦电路的。

MOS管开关电源电路的特性

  MOS管类型和构造

  MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被生产制造成加强型或耗光型,P沟道或N沟道共4种种类,但具体运用的仅有加强型的N沟道MOS管和加强型的P沟道MOS管,因此通常提及NMOS,或是PMOS指的便是这二种。

  对于为什么不应用耗光型的MOS管,不建议追根究底。

  针对这二种加强型MOS管,较为常见的是NMOS.缘故是导通电阻器小,且非常容易生产制造。因此开关电源电路和电机驱动器的使用中,一般都用NMOS.下边的详细介绍中,也多以NMOS为主导。

  MOS管的三个引脚中间有分布电容存有,这不是大家必须的,反而是因为生产制造加工工艺限定造成的。分布电容的存有促使在设计方案或挑选光耦电路的那时候要不便一些,但没有办法防止,后面再详解。

  在MOS管电路原理图上可以见到,漏极和源极中间有一个生存二极管。这一叫体二极管,在推动交流电流(如电机),这一二极管很重要。顺带说一句,体二极管只在单独一个的MOS管内存有,在集成电路芯片集成ic内部结构通常是沒有的。

  MOS管导通特点

  导通的意思是做为电源开关,等同于电源开关合闭。

  NMOS的特点,Vgs超过一定的值便会导通,合适用以源极接地装置时的状况(中低端推动),只需栅极电压做到4V或10V就可以了。

  PMOS的特点,Vgs低于一定的值便会导通,合适用以源极接VCC时的状况(高档推动)。可是,尽管PMOS可以很便捷地作为高档推动,但因为导通电阻器大,价钱贵,更换类型少等缘故,在高档推动中,通常或是应用NMOS.

  MOS开关管损害

  无论是NMOS或是PMOS,导通后都是有导通电阻器存有,那样电流便会在这个电阻器上耗费动能,这一部分耗费的动能称为导通耗损。挑选导通电阻器小的MOS管会减少导通耗损。如今的小输出功率MOS管导通电阻器一般在几十毫欧上下,几毫欧的也是有。

  MOS在导通和截至的情况下,一定并不是在一瞬间进行的。MOS两边的电压有一个降低的全过程,穿过的电流有一个升高的全过程,在这段时间内,MOS管的损害是电压和电流的相乘,称为电源开关损害。通常电源开关损害比导通损害大很多,并且电源开关工作频率越快,损害也越大。

  导通一瞬间电压和电流的相乘非常大,导致的损害也就非常大。减少定时开关,可以减少每回导通时的损害;减少电源开关工作频率,可以减少单位时间内的电源开关频次。这二种方法可以减少电源开关损害。

  MOS管推动

  跟双正负极晶体三极管对比,一般觉得使MOS管导通不用电流,只需GS电压高过一定的值,就可以了。这一非常容易保证,可是,大家还必须速率。

  在MOS管的构造中可以见到,在GS,GD中间存有分布电容,而MOS管的推动,事实上便是对电容器的蓄电池充电。对电容器的电池充电必须一个电流,由于对电容器电池充电同时可以把电容器当做短路故障,因此一瞬间电流会非常大。挑选/设计方案MOS管推动时第一要留意的是可带来一瞬间短路故障电流的尺寸。

  而在开展MOSFET的挑选时,由于MOSFET有两个种类:N沟道和P沟道。在输出功率系统软件中,MOSFET可被当做电气开关。如在N沟道MOSFET的栅极和源极间再加上正电压时,其电源开关导通。导通时,电流可经电源开关从漏极流入源极。漏极和源极中间存有一个内电阻,称之为导通电阻器RDS(ON)。务必清晰MOSFET的栅极是个高特性阻抗端,因而,一直要在栅极再加上一个电压。这就是后边详细介绍原理图中栅极所接电阻器至地。假如栅极为悬在空中,器件将不得按设计意图工作中,并很有可能在没有适当的时时刻刻导通或关掉,可能会导致造成潜在性的输出功率耗损。当源极和栅极间的电压为零时,电源开关关掉,而电流终止根据器件。尽管这时器件早已关掉,但依然有细微电流存有,这称作漏电流,即IDSS.

  第一步:采用N沟道或是P沟道

  为设计方案挑选恰当器件的第一步是决策选用N沟道或是P沟道MOSFET.在常见的输出功率运用中,当一个MOSFET接地装置,而负荷联接到主干线电压处时,该MOSFET就造成了低电压侧电源开关。在低电压侧电源开关中,应选用N沟道MOSFET,这也是出自于对独立或导通器件所需电压的考虑到。当MOSFET联接到系统总线及负荷接地装置时,就需要用髙压侧电源开关。通常会在这个拓扑结构中选用P沟道MOSFET,这也是源于对电压推动的考虑到。

  第二步:明确额定值电流

  第二步是挑选MOSFET的额定值电流。视电源电路构造而定,该额定值电流该是负荷在全部状况下可以承担的较大电流。与电压的状况类似,设计方案工作人员务必保证选定的MOSFET能承担这一额定值电流,即使在系统软件造成顶峰电流时。2个考虑到的电流状况是持续方式和单脉冲顶峰。该主要参数以FDN304P管DATASHEET为参照,主要参数如下图所示:

  在持续导通方式下,MOSFET处在稳定,这时电流持续根据器件。单脉冲顶峰就是指有很多电涌(或顶峰电流)穿过器件。一旦明确了这种前提下的较大电流,只需立即挑选能承担这一较大电流的器件便可。

  选好额定值电流后,还务必测算导通耗损。在真实情况下,MOSFET并并不是梦想的器件,由于在导电性全过程中会出现电磁能耗损,这称作导通耗损。MOSFET在“导通”时如同一个可调电阻,由器件的RDS(ON)所明确,并随环境温度而明显转变。器件的输出功率损耗可由Iload2&TImes;RDS(ON)测算,因为导通电阻器随环境温度转变,因而输出功率损耗也会随着按占比转变。对MOSFET增加的电压VGS越高,RDS(ON)便会越小;相反RDS(ON)便会越高。系统对设计方案工作人员而言,这就是在于系统软件电压而必须最合适的衡量的地区。对携带式设计方案而言,选用较低的电压较为非常容易(比较广泛),而针对工业产品设计,可选用较高的电压。留意RDS(ON)电阻器会伴随着电流轻度升高。有关RDS(ON)电阻器的各种各样电气设备主要参数转变可在生产商带来的技术文档表格中查出。

  第三步:明确热规定

  挑选MOSFET的下一步是测算系统软件的排热规定。设计方案工作人员务必考虑到二种不一样的状况,即最坏状况和具体情况。提议选用对于最坏状况的数值,由于这一結果给予较大的可靠容量,能保证系统软件不容易无效。在MOSFET的材料表里也有一些必须特别注意的测定数据信息;例如封装形式器件的半导体材料结与自然环境间的传热系数,及其较大的结温。

  器件的结温相当于较大工作温度再加传热系数与输出功率损耗的相乘(结温=较大工作温度 [传热系数&TImes;输出功率损耗])。依据这一方程式能解出系统软件的至大功率损耗,即按界定相等于I2&TImes;RDS(ON)。因为设计方案人才已确认将根据器件的较大电流,因而可以计算出不一样环境温度下的RDS(ON)。特别注意的是,在解决简易热型号时,设计方案工作人员还需要充分考虑半导体材料结/器件机壳及机壳/自然环境的热导率;即规定印刷线路板和封装形式不可能再次提温。

  通常,一个PMOS管,会出现生存的二极管存有,该二极管的功效是避免源漏端接反,针对PMOS来讲,相比NMOS的优点就在于它的打开电压可以为0,而DS电压中间电压相距并不大,而NMOS的导通标准规定VGS要超过阀值,这将造成操纵电压必定超过需要的电压,会产生多余的不便。采用PMOS做为自动开关,有下边二种运用:

  第一种运用,由PMOS来开展电压的挑选,当V8V存有时,这时电压所有由V8V给予,将PMOS关掉,VBAT不给予电压给VSIN,而当V8V为低时,VSIN由8V配电。留意R120的接地装置,该电阻器能将栅极电压平稳地拉低,保证PMOS的一切正常打开,这也是前文所叙述的栅极高特性阻抗所产生的情况安全隐患。D9和D10的功能取决于避免电压的倒流。D9可以省去。这儿要注意到事实上该电源电路的DS接错,那样由寄生二极管导通造成了开关管的作用不可以做到,具体运用要留意。

  看来这一电源电路,操纵数据信号PGC操纵V4.2是不是给P_GPRS配电。此电源电路中,源漏两边沒有接错,R110与R113存在的价值取决于R110操纵栅极电流不会过大,R113操纵栅极的常态化,将R113下拉为高,截止到PMOS,与此同时还可以看成是对操纵数据信号的下拉,当MCU内部结构引脚并沒有下拉时,即导出为开漏时,并不可以推动PMOS关掉,这时,就必须外界电压给与的下拉,因此电阻器R113具有了两个作用。R110可以更小,到100欧母也可。

  此外,大家再去MOS管的按钮特点

  静态数据特点

  MOS管做为电子开关,一样是工作中在截至或导通二种情况。因为MOS管是电压液压控制系统,因此一般由栅源电压uGS决策其运行状态。

  工作中特点如下所示:

  ※ uGS《打开电压UT:MOS管工作中在截至区,漏源电流iDS基本上为0,导出电压uDS≈UDD,MOS管处在“断掉”情况,其闭合电路如下图所显示。

  ※ uGS》打开电压UT:MOS管工作中在导通区,漏源电流iDS=UDD/(RD rDS)。在其中,rDS为MOS管导通时的漏源电阻器。导出电压UDS=UDD·rDS/(RD rDS),假如rDS《RD,则uDS≈0V,MOS管处在“接入”情况,其闭合电路右上图(c)所显示。

  动态性特点

  MOS管在导通与截至二种情况产生变换时同时存有衔接全过程,但其动态性特点关键在于与电源电路相关的杂散电容器充、充放电需要的时长,而管道自身导通和终止时正电荷累积和消退的时间是不大的。下面的图 (a)和(b)各自得出了一个NMOS管构成的电源电路以及动态性特点平面图。

  NMOS管动态性特点平面图

  当键入电压ui由高降低,MOS管由导通情况变换为截至情况时,开关电源UDD根据RD向杂散电容器CL电池充电,电池充电稳态值τ1=RDCL.因此,导出电压uo要根据一定延迟才由低电频变成高电平;当键入电压ui由低变高,MOS管由截至情况变换为导通情况时,杂散电容器CL上的正电荷根据rDS开展充放电,其充放电稳态值τ2≈rDSCL.由此可见,导出电压Uo也需要通过一定延迟才可以转化成低电频。但由于rDS比RD小得多,因此,由截止到导通的变换时长比由导通到截至的变换时长要短。

  因为MOS管导通时的漏源电阻器rDS比晶体三极管的饱合电阻器rCES要大很多,漏极外接电阻器RD也比晶体三极管集电结电阻器RC大,因此,MOS管的充、充放电时长较长,使MOS管的电源开关速率比晶体三极管的电源开关的速度低。但是,在CMOS电源电路中,因为电池充电电源电路和充放电电源电路全是低阻电源电路,因而,其充、充放电全过程都非常快,进而使CMOS电源电路有较高的电源开关速率。

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