一般情況下普遍用於高端驅動的MOS
，導通時需要是柵極電壓大於源極電壓，而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個係統裏，要得到比VCC大(da)的(de)電(dian)壓(ya)，就(jiu)要(yao)專(zhuan)門(men)的(de)升(sheng)壓(ya)電(dian)路(lu)了(le)。很(hen)多(duo)馬(ma)達(da)驅(qu)動(dong)器(qi)都(dou)集(ji)成(cheng)了(le)電(dian)荷(he)泵(beng)
，要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)應(ying)該(gai)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)外(wai)接(jie)電(dian)容(rong)，以(yi)得(de)到(dao)足(zu)夠(gou)的(de)短(duan)路(lu)電(dian)流(liu)去(qu)驅(qu)動(dong)MOS管。

 

MOS管是電壓驅動
，按理說隻要柵極電壓到到開啟電壓就能導通DS，柵極串多大電阻均能導通。但如果要求開關頻率較高時，柵對地或VCC可以看做是一個電容，對於一個電容來說，串的電阻越大，柵極達到導通電壓時間越長，MOS處於半導通狀態時間也越長，在半導通狀態內阻較大


，發熱也會增大，極易損壞MOS，所以高頻時柵極柵極串的電阻不但要小，一般要加前置驅動電路的。

 

 

1 MOS管種類和結構

 

MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET)，可以被製造成增強型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實際應用的隻有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。

 

對於這兩種增強型MOS管，比較常用的是NMOS —— 原因是導通電阻小
，且容易製造，所以開關電源和馬達驅動的應用中，一般都用NMOS。

 

MOS管guan的de三san個ge管guan腳jiao之zhi間jian有you寄ji生sheng電dian容rong存cun在zai，這zhe不bu是shi我wo們men需xu要yao的de，而er是shi由you於yu製zhi造zao工gong藝yi限xian製zhi產chan生sheng的de。寄ji生sheng電dian容rong的de存cun在zai使shi得de在zai設she計ji或huo選xuan擇ze驅qu動dong電dian路lu的de時shi候hou要yao麻ma煩fan一yi些xie，但dan沒mei有you辦ban法fa避bi免mian，後hou邊bian再zai詳xiang細xi介jie紹shao。

 

在MOS管的漏極和源極之間有一個寄生二極管，這個叫體二極管
，在驅動感性負載(如馬達)，這個二極管很重要。順便說一句，體二極管隻在單個的MOS管中存在，在集成電路芯片內部通常是沒有的。

 

2 MOS管導通特性

 

導通的意思是作為開關，相當於開關閉合。

 

NMOS的特性，Vgs大於一定的值就會導通，適合用於源極接地時的情況(低端驅動)，隻要柵極電壓達到4V或10V就可以了。PMOS的特性，Vgs小於一定的值就會導通，適合用於源極接VCC時的情況(高端驅動)。

 

但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動，但由於導通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中

，通常還是使用NMOS。

 

3 MOS開關管損失

 

不管是NMOS還是PMOS，導通後都有導通電阻存在，這樣電流就會在這個電阻上消耗能量

，這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗。現在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右
，幾毫歐的也有。

 

MOS在導通和截止的時候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程，流過的電流有一個上升的過程
，在這段時間內
，MOS管的損失是電壓和電流的乘積
，叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多

，而且開關頻率越快，損失也越大。

 

導通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。縮短開關時間，可以減小每次導通時的損失；降低開關頻率，可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。

 

4 MOS管驅動

 

跟雙極性晶體管相比
，一般認為使MOS管導通不需要電流，隻要GS電壓高於一定的值
，就可以了。這個很容易做到
，但是，我們還需要速度。

 

在MOS管的結構中可以看到，在GS和GD之間存在寄生電容，而MOS管guan的de驅qu動dong，實shi際ji上shang就jiu是shi對dui電dian容rong的de充chong放fang電dian。對dui電dian容rong的de充chong電dian需xu要yao一yi個ge電dian流liu，因yin為wei對dui電dian容rong充chong電dian瞬shun間jian可ke以yi把ba電dian容rong看kan成cheng短duan路lu，所suo以yi瞬shun間jian電dian流liu會hui比bi較jiao大da。選xuan擇ze/設計MOS管驅動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。

 

而在進行MOSFET的選擇時
，因為MOSFET有兩大類型：N溝道和P溝道。在功率係統中，MOSFET可被看成電氣開關。當在N溝道MOSFET的柵極和源極間加上正電壓時
，其開關導通。導通時，電流可經開關從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個內阻
，稱為導通電阻RDS(ON)。

 

必須清楚MOSFET的(de)柵(zha)極(ji)是(shi)個(ge)高(gao)阻(zu)抗(kang)端(duan)，因(yin)此(ci)，總(zong)是(shi)要(yao)在(zai)柵(zha)極(ji)加(jia)上(shang)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)
，這(zhe)就(jiu)是(shi)後(hou)麵(mian)介(jie)紹(shao)電(dian)路(lu)圖(tu)中(zhong)柵(zha)極(ji)所(suo)接(jie)電(dian)阻(zu)至(zhi)地(di)。如(ru)果(guo)柵(zha)極(ji)為(wei)懸(xuan)空(kong)，器(qi)件(jian)將(jiang)不(bu)能(neng)按(an)設(she)計(ji)意(yi)圖(tu)工(gong)作(zuo)，並(bing)可(ke)能(neng)在(zai)不(bu)恰(qia)當(dang)的(de)時(shi)刻(ke)導(dao)通(tong)或(huo)關(guan)閉(bi)
，導(dao)致(zhi)係(xi)統(tong)產(chan)生(sheng)潛(qian)在(zai)的(de)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)。當(dang)源(yuan)極(ji)和(he)柵(zha)極(ji)間(jian)的(de)電(dian)壓(ya)為(wei)零(ling)時(shi)
，開(kai)關(guan)關(guan)閉(bi)
，而(er)電(dian)流(liu)停(ting)止(zhi)通(tong)過(guo)器(qi)件(jian)。雖(sui)然(ran)這(zhe)時(shi)器(qi)件(jian)已(yi)經(jing)關(guan)閉(bi)
，但(dan)仍(reng)然(ran)有(you)微(wei)小(xiao)電(dian)流(liu)存(cun)在(zai)，這(zhe)稱(cheng)之(zhi)為(wei)漏(lou)電(dian)流(liu)，即(ji)IDSS。

 

 

第一步：選用N溝道還是P溝道

 

為設計選擇正確器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道MOSFET。在典型的功率應用中

，當一個MOSFET接地，而負載連接到幹線電壓上時
，該MOSFET就構成了低壓側開關。在低壓側開關中
，應采用N溝道MOSFET，這是出於對關閉或導通器件所需電壓的考慮。

 

當MOSFET連接到總線及負載接地時，就要用高壓側開關。通常會在這個拓撲中采用P溝道MOSFET，這也是出於對電壓驅動的考慮。

 

第二步：確定額定電流

 

第二步是選擇MOSFET的額定電流，視電路結構而定
，該額定電流應是負載在所有情況下能夠承受的最大電流。與電壓的情況相似，設計人員必須確保所選的MOSFET能承受這個額定電流
，即使在係統產生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續模式和脈衝尖峰。

 

在連續導通模式下，MOSFET處於穩態，此時電流連續通過器件。脈衝尖峰是指有大量電湧(或尖峰電流)流過器件，一旦確定了這些條件下的最大電流
，隻需直接選擇能承受這個最大電流的器件便可。

 

選好額定電流後，還必須計算導通損耗。在實際情況下

，MOSFET並不是理想的器件，因為在導電過程中會有電能損耗，這稱之為導通損耗。MOSFET在“導通”時就像一個可變電阻，由器件的RDS(ON)所確定
，並隨溫度而顯著變化。

 

器件的功率耗損可由Iload2×RDS(ON)計算
，由於導通電阻隨溫度變化
，因此功率耗損也會隨之按比例變化。對MOSFET施加的電壓VGS越高，RDS(ON)就會越小，反之RDS(ON)就會越高。

 

對係統設計人員來說，這就是取決於係統電壓而需要折中權衡的地方。對便攜式設計來說

，采用較低的電壓比較容易(較為普遍)

，而對於工業設計，可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會隨著電流輕微上升
，關於RDS(ON)電阻的各種電氣參數變化可在製造商提供的技術資料表中查到。

 

第三步：確定熱要求

 

選擇MOSFET的(de)下(xia)一(yi)步(bu)是(shi)計(ji)算(suan)係(xi)統(tong)的(de)散(san)熱(re)要(yao)求(qiu)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)兩(liang)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)情(qing)況(kuang)，即(ji)最(zui)壞(huai)情(qing)況(kuang)和(he)真(zhen)實(shi)情(qing)況(kuang)。建(jian)議(yi)采(cai)用(yong)針(zhen)對(dui)最(zui)壞(huai)情(qing)況(kuang)的(de)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)，因(yin)為(wei)這(zhe)個(ge)結(jie)果(guo)提(ti)供(gong)更(geng)大(da)的(de)安(an)全(quan)餘(yu)量(liang)，能(neng)確(que)保(bao)係(xi)統(tong)不(bu)會(hui)失(shi)效(xiao)。在(zai)MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數據
，比如封裝器件的半導體結與環境之間的熱阻，以及最大的結溫。

 

器件的結溫等於最大環境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積(結溫=最大環境溫度+[熱阻×功率耗散])，根據這個方程可解出係統的最大功率耗散，即按定義相等於I2×RDS(ON)。由於設計人員已確定將要通過器件的最大電流
，因此可以計算出不同溫度下的RDS(ON)。值得注意的是

，在處理簡單熱模型時，設計人員還必須考慮半導體結/器件外殼及外殼/環境的熱容量
，即要求印刷電路板和封裝不會立即升溫。

 

通常
，一個PMOS管，會有寄生的二極管存在
，該二極管的作用是防止源漏端反接，對於PMOS而言，比起NMOS的優勢在於它的開啟電壓可以為0,而DS電壓之間電壓相差不大，而NMOS的導通條件要求VGS要大於閾值，這將導致控製電壓必然大於所需的電壓，會出現不必要的麻煩。

 

選用PMOS作為控製開關，有下麵兩種應用：

 

1

 

 

由PMOS來進行電壓的選擇
，當V8V存在時，此時電壓全部由V8V提供，將PMOS關閉，VBAT不提供電壓給VSIN，而當V8V為低時，VSIN由8V供電。注意R120的接地
，該電阻能將柵極電壓穩定地拉低，確保PMOS的正常開啟，這也是前文所描述的柵極高阻抗所帶來的狀態隱患。D9和D10的作用在於防止電壓的倒灌。D9可以省略。這裏要注意到實際上該電路的DS接反，這樣由附生二極管導通導致了開關管的功能不能達到，實際應用要注意。

 

2

 

 

來看這個電路，控製信號PGC控製V4.2是否給P_GPRS供電。此電路中
，源漏兩端沒有接反
，R110與R113存在的意義在於R110控製柵極電流不至於過大，R113控製柵極的常態
，將R113上拉為高，截至PMOS
，同時也可以看作是對控製信號的上拉。當MCU內部管腳並沒有上拉時，即輸出為開漏時，並不能驅動PMOS關閉，此時，就需要外部電壓給予的上拉，所以電阻R113起到了兩個作用。R110可以更小，到100歐姆也可。

 

5 MOS管的開關特性

 

靜態特性

 

MOS管作為開關元件，同樣是工作在截止或導通兩種狀態。由於MOS管是電壓控製元件，所以主要由柵源電壓uGS決定其工作狀態。

 

工作特性如下：

 

uGS開啟電壓UT：MOS管工作在截止區，漏源電流iDS基本為0，輸出電壓uDS≈UDD，MOS管處於“斷開”狀態，其等效電路如下圖所示。

 

 

uGS>開啟電壓UT：MOS管工作在導通區，漏源電流iDS=UDD/(RD+rDS)。其中
，rDS為MOS管導通時的漏源電阻。輸出電壓UDS=UDD·rDS/(RD+rDS)，如果rDS《RD，則uDS≈0V
，MOS管處於“接通”狀態
，其等效電路如上圖(c)所示。

 

動態特性

 

MOS管在導通與截止兩種狀態發生轉換時同樣存在過渡過程，但其動態特性主要取決於與電路有關的雜散電容充、放電所需的時間，而管子本身導通和截止時電荷積累和消散的時間是很小的。下圖分別給出了一個NMOS管組成的電路及其動態特性示意圖。

 

NMOS管動態特性示意圖

 

當輸入電壓ui由高變低，MOS管由導通狀態轉換為截止狀態時，電源UDD通過RD向雜散電容CL充電
，充電時間常數τ1=RDCL
，所以，輸出電壓uo要通過一定延時才由低電平變為高電平。

 

當輸入電壓ui由低變高，MOS管由截止狀態轉換為導通狀態時，雜散電容CL上的電荷通過rDS進行放電，其放電時間常數τ2≈rDSCL。可見，輸出電壓Uo也要經過一定延時才能轉變成低電平。但因為rDS比RD小得多，所以，由截止到導通的轉換時間比由導通到截止的轉換時間要短。

 

由於MOS管導通時的漏源電阻rDS比晶體三極管的飽和電阻rCES要大得多，漏極外接電阻RD也比晶體管集電極電阻RC大

，所以

，MOS管的充、放電時間較長，使MOS管的開關速度比晶體三極管的開關速度低。不過，在CMOS電路中，由於充電電路和放電電路都是低阻電路，因此
，其充、放電過程都比較快
，從而使CMOS電路有較高的開關速度。