MOS管驱动电路 (1)
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MOS管工作原理及其驱动电路MOS管(金属-氧化物-半导体场效应管)是一种广泛应用于电子电路中的半导体器件。
它的工作原理基于PN结和增强型场效应晶体管(JFET)的特性,但却具有更高的输入阻抗、更低的功耗和更好的高频特性。
MOS管由三个主要组成部分构成:栅极(G),漏极(D)和源极(S)。
在工作原理方面,MOS管的栅极主要用于控制漏极和源极之间的电流流动,而这个控制过程在固有电荷的作用下进行。
MOS管具有两种不同的工作方式:增强型和耗尽型。
增强型MOS管是最常用的类型,在没有栅极电压的情况下,其通道是关闭的。
通过施加正向栅极电压,源极到漏极之间的电流流动开始增加。
电流的增加程度取决于施加的栅极电压。
耗尽型MOS管则是通过施加负向栅极电压来控制电流的,其工作原理与增强型相似,只是电压的极性相反。
为了对MOS管进行驱动,需要合适的驱动电路。
驱动电路主要包括电源、信号发生器、输入阻抗匹配电路和输出驱动电路。
在驱动电路中,其中最重要的是输入信号的幅度和频率与MOS管的特性进行匹配。
在MOS管的驱动电路中,输入信号通常通过信号发生器提供。
信号发生器的输出通常是一个方波或脉冲信号,其幅度和频率需要与MOS管的特性相匹配。
信号发生器的输出通过输入阻抗匹配电路来匹配MOS管的输入阻抗,以确保输入信号的准确传递。
输入阻抗匹配电路通常包括电阻、电容和电感等元件,用于提供合适的输入阻抗。
电阻和电容用于匹配信号发生器和MOS管之间的阻抗,而电感则用于提供必要的补偿和滤波。
输出驱动电路用于提供足够的功率和电流来驱动MOS管的栅极。
输出驱动电路通常包括驱动晶体管和功率放大器等元件。
驱动晶体管用于放大输入信号,并通过功率放大器将信号放大成足够的功率和电流来驱动MOS 管的栅极。
总之,MOS管是一种重要的半导体器件,其工作原理基于PN结和增强型场效应晶体管。
为了驱动MOS管,需要合适的驱动电路来匹配输入信号和MOS管的特性。
输入信号通过信号发生器和输入阻抗匹配电路进行匹配,而输出驱动电路则提供足够的功率和电流来驱动MOS管的栅极。
MOS管驱动电路详解要点MOS管驱动电路是一种用于控制场效应晶体管(MOSFET)开关特性的电路。
它的作用是提供适当的电流和电压信号,以控制MOSFET的导通和截止状态,并确保其工作在适当的工作区间内。
下面将详细介绍MOS管驱动电路的要点。
1.基本工作原理:MOS管驱动电路主要由脉冲发生器、信号处理电路和功率放大器组成。
脉冲发生器产生所需的控制信号,经过信号处理电路处理后,送至功率放大器进行增幅,并通过输出级将控制信号传递至MOSFET的栅极,从而控制其导通和截止。
2.输入信号处理:输入信号处理电路主要功能是对控制信号进行放大、滤波和保护等处理。
其中放大的目的是使输出信号的幅值达到足够的水平,以确保能够完全驱动MOSFET。
滤波则用于去除干扰信号,确保控制信号的稳定性。
保护功能主要是针对输入信号的过压、过流等异常情况进行保护,以防止损坏电路。
3.输出级设计:输出级是MOS管驱动电路中最为关键的部分,其主要任务是将控制信号传递至MOSFET栅极。
在输出级设计时,需要考虑输出阻抗、功率放大和响应速度等因素。
为了得到较低的输出阻抗,通常采用共射极放大器的结构。
同时,为了提高功率放大能力,可以使用功率放大器进行增强。
此外,响应速度也是一个重要的指标,需要保证驱动电路能够快速而准确地响应输入信号。
4.电源设计:电源设计在MOS管驱动电路中也非常重要。
MOSFET通常需要较高的电压供电,为了保证电路的稳定性和可靠性,通常需要提供独立的高压电源。
此外,还需要设计一些电源滤波电路,以去除电源中的杂波和噪声信号,以防止对驱动电路产生干扰。
5.保护措施:在MOS管驱动电路中,需要考虑到各种异常情况的保护措施。
例如,过压保护可以通过在输入端增加过压保护电路实现;过流保护可以通过在输出级增加过流检测电路实现;过温保护可以通过在电路中加入温度传感器以及相应的保护电路来实现。
这些保护措施的设计可以有效地保证整个驱动电路的安全稳定运行。
mos管负压驱动电路mos管负压驱动电路是一种常见的电路结构,在许多电子设备和电路中被广泛应用。
本文将对mos管负压驱动电路的原理、特点以及应用进行详细介绍。
我们来了解一下mos管负压驱动电路的原理。
mos管负压驱动电路主要由一个pnp型晶体管和一个npn型晶体管组成。
其中,pnp型晶体管处于饱和区,负责提供驱动信号;而npn型晶体管处于截止区,起到负压供电的作用。
当输入信号为高电平时,pnp型晶体管导通,输出信号为低电平;当输入信号为低电平时,pnp型晶体管截止,输出信号为高电平。
通过这种方式,mos管负压驱动电路能够实现对mos管的有效驱动。
mos管负压驱动电路具有以下几个特点。
首先,由于pnp型晶体管处于饱和区,其输出电流较大,可以有效地驱动mos管,提高电路的响应速度。
其次,负压供电方式使得mos管在关闭状态下能够获得较高的耐压能力,提高电路的稳定性和可靠性。
此外,mos管负压驱动电路具有简单、成本低廉的优点,适用于大规模集成电路的制造和应用。
mos管负压驱动电路在实际应用中有着广泛的用途。
首先,它常被用于电源开关电路中,通过对mos管的驱动,能够实现对电源的开关控制,提高电源的效率和稳定性。
其次,mos管负压驱动电路还常被用于信号放大电路中,通过对输入信号的驱动,能够实现对信号的放大和增强。
此外,mos管负压驱动电路还常被用于逆变器电路中,通过对mos管的驱动,能够将直流电转换为交流电,广泛应用于变频器、电机驱动等领域。
在使用mos管负压驱动电路时,需要注意以下几点。
首先,由于mos管负压驱动电路需要提供适当的输入信号,因此需要合理设计输入电路,避免信号失真或干扰。
其次,由于mos管负压驱动电路在工作时会产生一定的热量,因此需要合理散热,以确保电路的稳定性和可靠性。
此外,还需要注意输入信号的频率范围,以确保mos管负压驱动电路能够正常工作。
mos管负压驱动电路是一种常见且重要的电路结构,具有简单、低成本、高效率等特点。
nmos 管高边驱动电路(原创实用版)目录1.NMOS 管概述2.高边驱动电路的概念3.NMOS 管在高边驱动电路中的应用4.高边驱动电路的优点5.高边驱动电路的设计要点正文【1.NMOS 管概述】MOS 管,全称为 N 沟道金属氧化物半导体场效应晶体管,是一种常见的场效应晶体管。
其结构主要由 n 型半导体、金属栅极和 p 型半导体基底构成,具有高输入阻抗、低噪声和低功耗等特点,在数字电路和模拟电路中都有广泛应用。
【2.高边驱动电路的概念】高边驱动电路,是一种驱动能力强、输出电压高的电路,主要用于驱动电容性负载,例如 LED 显示屏、液晶显示屏等。
它可以提供较大的驱动电流,使得负载能够正常工作,同时具有较低的输出阻抗,能够减小信号在传输过程中的衰减。
【3.NMOS 管在高边驱动电路中的应用】在高边驱动电路中,NMOS 管可以作为开关元件使用。
由于其高输入阻抗的特点,可以大大减少输入信号的衰减,提高电路的驱动能力。
同时,NMOS 管具有较低的导通电阻,可以提供较大的驱动电流,使得负载能够正常工作。
【4.高边驱动电路的优点】高边驱动电路具有以下优点:(1)驱动能力强:高边驱动电路可以提供较大的驱动电流,使得负载能够正常工作。
(2)输出电压高:高边驱动电路具有较低的输出阻抗,能够减小信号在传输过程中的衰减,提高输出电压。
(3)稳定性好:高边驱动电路采用 NMOS 管作为开关元件,具有较高的工作稳定性。
【5.高边驱动电路的设计要点】在设计高边驱动电路时,需要注意以下几点:(1)选择合适的 NMOS 管:需要根据负载的驱动电流和输出电压选择合适的 NMOS 管,以保证电路的正常工作。
(2)设计合理的电路结构:需要设计合理的电路结构,以提高电路的驱动能力和稳定性。
工作中常用的几个mos管驱动电路常用的几个MOS管驱动电路MOS管驱动电路是一种常见的电路设计,用于控制MOS管的开关动作。
它们在各种电子设备和系统中起着重要的作用。
本文将介绍几种常用的MOS管驱动电路,包括共源极驱动电路、共漏极驱动电路和双MOS管驱动电路。
1. 共源极驱动电路共源极驱动电路是一种简单且常用的MOS管驱动电路。
它的基本原理是通过一个NPN晶体管来驱动MOS管的栅极电压。
在这个电路中,输入信号通过一个电阻分压电路到达基极,然后通过NPN晶体管放大,最后驱动MOS管的栅极。
这种电路具有输出电流大、驱动能力强的优点,适用于需要高电流驱动的场合。
2. 共漏极驱动电路共漏极驱动电路是另一种常用的MOS管驱动电路。
它的基本原理是通过一个PNP晶体管来驱动MOS管的源极电压。
在这个电路中,输入信号通过一个电阻分压电路到达基极,然后通过PNP晶体管放大,最后驱动MOS管的源极。
这种电路具有输出电压高、驱动能力强的优点,适用于需要高电压驱动的场合。
3. 双MOS管驱动电路双MOS管驱动电路是一种更为复杂但更为灵活的MOS管驱动电路。
它由两个MOS管组成,一个用于驱动另一个。
其中一个MOS管作为驱动管,控制另一个MOS管的导通和截止。
这种电路可以实现高速切换和低功耗的特点,适用于需要快速响应和高效率的场合。
总结:MOS管驱动电路是一种常用的电路设计,用于控制MOS管的开关动作。
常见的几种MOS管驱动电路包括共源极驱动电路、共漏极驱动电路和双MOS管驱动电路。
它们分别具有不同的优点和适用场合。
在实际应用中,根据具体需求选择合适的驱动电路可以提高系统的性能和可靠性。
MOS管驱动电路综述连载(一)时间:2009-07-06 8756次阅读【网友评论2条我要评论】收藏在使用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MOS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。
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。
mos管并联驱动电路MOS管并联驱动电路是一种高效的电路,在各种电子设备中得到了广泛的应用。
它可以驱动大功率的负载,具有高速、高精度、低功耗等优点,在各种场合中都能够发挥其良好的效果。
下面我们来详细了解一下MOS管并联驱动电路的相关知识。
1. MOS管的基本原理MOSFET(MOS场效应管)是一种通过场效应控制电流的晶体管。
在MOSFET中,电荷通过栅极控制沟道电阻从而影响器件的导通与截止。
它由源极、栅极和漏极三个区域组成,其中栅极是一个电容,用于储存电荷。
当栅极电场的强度达到一定值时,沟道区的电阻变小,从而导通了MOSFET管。
2. MOS管并联驱动电路的原理MOS管并联驱动电路是通过并联多个MOSFET来实现大功率负载的驱动。
在这种电路中,通过控制MOSFET管的栅极电压来控制电流的通断,从而达到驱动高功率负载的目的。
3. MOS管并联驱动电路的应用MOS管并联驱动电路在数控机床、电力电子、电气驱动器等领域中广泛应用。
在数控系统中,使用MOS管并联驱动电路可以对步进电机和伺服电机进行快速和准确的控制。
在电力电子领域,使用MOS管并联驱动电路可以对高压直流输电线路进行开关控制。
在电气驱动器领域,使用MOS管并联驱动电路可以直接驱动电动机,控制电机的启动和停止。
4. MOS管并联驱动电路的优缺点MOSFET并联驱动电路具有以下优点:高效、精度高、速度快、不易受到温度影响、体积小、适应性强等。
同时,它也存在一些缺点:成本较高、操作过程易发生电荷泄漏、需要精确的电源电压控制等。
总之,MOS管并联驱动电路是一种高效的电路,具有广泛的应用前景。
我们可以通过不断地研究和改进,使其在各个领域中发挥更好的效果,为人类的生产和生活带来更多的便利和贡献。
功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体),FET(Field Effect Transistor场效应晶体管),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。
结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor——SIT)。
其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类:按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为;耗尽型;当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道,增强型;对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道,功率MOSFET 主要是N沟道增强型。
2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。
导电机理与小功率mos管相同,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET 器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异,又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET),本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。
MOS管驱动电路详细分析一、MOS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MOS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。
1、MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被**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**。
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**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。
mos管驱动电路原理
驱动电路的设计原理是为了将控制信号转换成能够驱动MOS 管的电流或电压。
它通常包括输入端、功率放大器和输出端。
在驱动电路中,输入端接收来自控制信号源的信号。
这个信号可以是来自微处理器、FPGA或其他控制系统的信号。
接收到信号后,输入端会将其转换为适合于MOS管的电压或电流。
功率放大器是驱动电路中的关键组件。
它的作用是将低功率的输入信号放大到足够的水平,以便能够驱动MOS管。
通常,功率放大器会使用晶体管作为放大元件,通过控制晶体管的电流或电压来实现对输入信号的放大。
输出端是驱动电路中将放大后的信号传递给MOS管的部分。
它通常包括电阻、电容等元件,用于匹配驱动电路和MOS管的阻抗,以确保信号能够有效地传输到MOS管。
整个驱动电路工作的原理是,输入端接收到控制信号后,经过功率放大器的放大,最终传递到输出端,再通过输出端将信号传递给MOS管。
这样,MOS管就能够根据输入信号的变化进行相应的开关操作,实现对电路的控制或功率放大功能。
MOS管寄生参数的影响和其驱动电路要点
我们在应用MOS管和设计MOS管驱动的时候,有很多寄生参数,其中最影响MOS管开关性能的是源边感抗。
寄生的源边感抗主要有两种来源,第一个就是晶圆DIE和封装之间的Bond ing线的感抗,另外一个就是源边引脚到地的PCB走线的感抗(地是作为驱动电路的旁路电容和电源网络滤波网的返回路径)。
在某些情况下,加入测量电流的小电阻也可能产生额外的感抗。
我们分析一下源边感抗带来的影响:
1.使得MOS管的开启延迟和关断延迟增加
由于存在源边电感,在开启和关段初期,电流的变化被拽了,使得充电和放电的时间变长了。
同时源感抗和等效输入电容之间会发生谐振(这个谐振是由于驱动电压的快速变压形成的,也是我们在G端看到震荡尖峰的原因),我们加入的门电阻Rg和内部的栅极电阻Rm都会抑制这个震荡(震荡的Q值非常高)。
我们需要加入的优化电阻的值可以通过上述的公式选取,如果电阻过大则会引起G端电压的过冲(优点是加快了开启的过程),电阻过小则会使得开启过程变得很慢,加大了开启的时间(虽然G端电压会被抑制)。
园感抗另外一个影响是阻碍Id的变化,当开启的时候,初始时di/dt偏大,因此在原感抗上产生了较大压降,从而使得源点点位抬高,使得Vg电压大部分加在电感上面,因此使得G点的电压变化减小,进而形成了一种平衡(负反馈系统)。
另外一个重要的寄生参数是漏极的感抗,主要是有内部的封装电感以及连接的电感所组成。
在开启状态的时候Ld起到了很好的作用(Subber吸收的作用),开启的时候由于Ld的作用,有效的限制了di/dt/(同时减少了开启的功耗)。
在关断的时候,由于Ld的作用,Vds电压形成明显的下冲(负压)并显著的增加了关断时候的功耗。
下面谈一下驱动(直连或耦合的)的一些重要特性和典型环节:
直连电路最大挑战是优化布局
实际上驱动器和MOS管一般离开很远,因此在源级到返回路径的环路上存在很大的感抗,即使我们考虑使用地平面,那么我们仍旧需要一段很粗的PCB线连接源级和地平面。
另外一个问题是大部分的集成芯片的输出电流都比较小,因为由于控制频率较高,晶圆大小受到限制。
同时内部功耗很高也导致了IC的成本较高,因此我们需要一些扩展分立的电路。
旁路电容的大小
由于开启的瞬间,MOS管需要吸取大量的电流,因此旁路电容需要尽可能的贴近驱动器电源端。
有两个电流需要我们去考虑:第一个是驱动器静态电流,它收到输入状态的影响。
他可以产生一个和占空比相关的纹波。
另外一个是G极电流,MOS管开通的时候,充电电流时将旁路电流的能量传输至MOS管输入电容上。
其纹波大小可用公式来表明,最后两个可合在一起。
驱动器保护
如果驱动器输出级为晶体管,那么我们还需要适当的保护来防止反向电流。
一般为了成本考虑,我们采用NPN的输出级电路。
NPN管子只能承受单向电流,高边的管子输出电流,低边的管子吸收电流。
在开启和关闭的时候,无可避免的源感抗和输入电容之间的振荡使得电流需要上下两个方向都有通路,为了提供一条方向通路,低电压的肖特基二极管可以用来保护驱动器的输出级,这里注意这两个管子并不能保护MOS管的输入级(离MOS管较远),因此二极管需要离驱动器引脚非常近。
晶体管的图腾柱结构
这是最便宜和有效地驱动方式,此电路需要尽量考虑MOS管,这样可以使得开启时大电流环路尽可能小,并且此电路需要专门的旁路电容。
Rgate是可选的,Rb可以根据晶体管的放大倍数来选择。
两个BE之间的PN结有效的实现了反压时候的相互保护,并能有效的把电压嵌位在VCC+Vbe,GND-Vbe之间。
加速器件
MOS管开通的时候,开启的速度主要取决于二极管的反向特性。
因此MOS管关断的时间需要我们去优化,放电曲线取决于Rgate,Rgate越小则关断越快。
下面有好几个方案:
1.二极管关断电路
这是最简单的加速电路。
Rgate调整着MOS管的开启速度,当关断的时候,由二极管短路电阻,此时G极电流最小为:Imin=Vf / Rgate 。
此电路的优点是大大加速了关断的速度,但是它仅在电压高的时候工作,且电流仍旧流向驱动器。
2.PNP关断电路
这是最流行和通用的电路,利用PNP的管子,在关断期间,源极和栅极被短路了。
二极管提供了开启时候的电流通路(并且有保护PNP管子eb免受反向电压的影响),Rgate限制了开启的速度。
电路的最大的好处是放电电流的尖峰被限制在最小的环路中,电流并不返回至驱动器,因此也不会造成地弹的现象,驱动器的功率也小了一半,三极管的存在减小了回路电感。
仔细看这个电路其实是图腾柱结构的简化,电路的唯一的缺点是栅极电压并不释放到0V,而是存在EC极的压差。
3.NPN关断电路
优点和上面的PNP管子相同,缺点是加入了一个反向器,加入反向器势必会造成延迟。
4.NMOS关断电路
这个电路可以使得MOS管关断非常快,并且栅极电压完全释放至零电压。
不过小NMOS管子需要一个方向电压来驱动。
问题也存在,NMOS的Coss电容和主MOS管的CISS合成变成等效的电容了。