MOS管驱动电路综述-21ic电子技术论坛.PDF

MOS 管驱动电路综述管驱动电路综述 管驱动电路综述管驱动电路综述 在使用MOS 管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑M OS 的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。这 样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许 的。 下面是我对MOSFET 及MOSFET 驱动电路基础的一点总结，其中参考了一 些资料，非全部原创。包括MOS 管的介绍，特性，驱动以及应用电路。 1，MOS 管种类和结构 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。 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AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。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