mosfet开关原理

互联网2 1 MOS管开关

现在常用的MOS管大多是N沟道增强型的了，一般一块钱左右的管子，源极电流可以达到近十安培而导通电阻仅在几毫欧。另外现在的MOS管已经不像早期那样脆弱，因为SD上并联有可以承受几安培电流的反向保护二极管。MOS管有几个重要的参数，Vgs，Vds,Id/Is以及Ron，其中对于Vgs也就是栅极控制电压有一些特殊的要求与用法，它就像三极管的Ibe，之所以称为Vgs就是因为这个电压必须相对于S级而言，也就是G极必须比S极高出一定的电压才能驱动MOS管，否则管子的导通电阻会很大，也就是管子不能导通。比如Vgs耐压在12V左右的管子，当Vgs高于1.5V以上时就基本可以认为导通，一般4-5V就可以达到其最小Ron了。但是，由于这个电压是基于S极的，所以对于电源一类的开关管应用场合（靠低压控制高压输入），必须想办法让Vgs高于Vs足够高（或者也可以让管子并联于电源，靠储能器件工作于高速开关状态），而为了简化电路一般都是在栅极上添加自举电路。自举电路一般由一个电容和反向二极管组成，相当于给栅极增加了一个串联的电池。自举电容根据使用情况的不同，可以选用极性电容，也可以选择非极性电容。在选择这个电容时，如果电容很小，则电容储能不够，放电很快，开关管很难被有效打开或关闭；如果电容过大，也会导致开关速度受限，电路板面积也会增加。所以，电容要根据开关管工作速度适当选取，一般将电容值选择在放电时间稍长与开关周期即可，具体的参数可以根据实验来确定。

相对与N沟道的MOS管，P沟道的管子在驱动起来就稍微容易一些，因为不必再去创造高于电源电压的驱动环境，使用一个简单的三极管调压电路就可以实现了

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。

电力mosfet开关过程

当电源施加在MOSFET的栅极和源极之间的电压超过MOSFET的临界电压（也称为开启电压）时，MOSFET将开始导通（打开）。导通时，栅极和源极之间的电阻非常小，允许电流从源极流过。

在MOSFET导通时，其栅极电压足够高以保持MOSFET导通状态。当栅极电压低于临界电压或者通过栅极电流降低时，MOSFET将停止导通（关闭）。

MOSFET的导通过程可以用以下步骤概括：

1. 施加电源电压：将电源的正极连接到MOSFET的栅极，将电源的负极连接到MOSFET的源极。

2. 栅极电压超过临界电压：当电源电压超过MOSFET的临界电压时，MOSFET开始导通。在导通时，电流可以从源极流过。

3. 维持导通状态：为了维持MOSFET的导通状态，需保持栅极电压高于临界电压，这可以通过保持电源电压在足够高的水平上来实现。

4. 停止导通：当电源电压低于临界电压，或者通过栅极电流降低，MOSFET将停止导通。在停止导通时，栅极和源极之间的电阻增加，阻止电流从源极流过。

需要注意的是，MOSFET的开关速度取决于栅极电压的变化速率。开关速度快意味着MOSFET可以更快地从导通到停止导通状态转换，或者从停止导通到导通状态转换。这在一些应用中（例如电力电子）对于控制电流和功率非常重要。

MOSFET与MOSFET驱动电路原理及应用

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。

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。右图是这两种MOS管的符号。

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。

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。下图是MOS管的构造图，通常的原理图中都画成右图所示的样子。 (栅极保护用二极管有时不画) MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，如图所示。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，在MOS管的驱动电路设计时再详细介绍。

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，使用与源极接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。

Ｐrinｃiｐle of MOSFET

功率场效应管(Pｏwｅr MOＳFET)也叫电力场效应晶体管,就是一种单极型得电压控制器件,不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。由于其易于驱动与开关频率可高达５0０kHz,特别适于高频化电力电子装置,如应用于ＤC／DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中、但因为其电流、热容量小,耐压低,一般只适用于小功率电力电子装置。

一、电力场效应管得结构与工作原理

电力场效应晶体管种类与结构有许多种,按导电沟道可分为P沟道与N沟道,同时又有耗尽型与增强型之分。在电力电子装置中,主要应用N沟道增强型、

电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MＯS管相同,但结构有很大区别、小功率绝缘栅MOS管就是一次扩散形成得器件,导电沟道平行于芯片表面,横向导电。电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构,提高了器件得耐电压与耐电流得能力。按垂直导电结构得不同,又可分为2种:Ｖ形槽VVMOSFEＴ与双扩散ＶＤMＯSFET。

电力场效应晶体管采用多单元集成结构,一个器件由成千上万个小得MOSFET组成。N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元得部面图,如图1(a)所示。电气符号,如图１(b)所示。

电力场效应晶体管有3个端子:漏极D、源极S与栅极G。当漏极接电源正,源极接电源负时,栅极与源极之间电压为0,沟道不导电,管子处于截止。如果在栅极与源极之间加一正向电压UGS,并且使UＧS大于或等于管子得开启电压UT,则管子开通,在漏、源极间流过电流ID。UGS超过UT越大,导电能力越强,漏极电流越大。

二、电力场效应管得静态特性与主要参数

Pｏwer ＭＯSFEＴ静态特性主要指输出特性与转移特性,与静态特性对应得主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流与栅极开启电压等。{{分页｝｝

1、 静态特性