MOS管及MOS管的驱动电路设计
MOS管及MOS管的驱动电路设计
摘要:本文将对MOSFET的种类,结构,特性及应用电路作一简单介绍,并控讨了一下MOSFET驱动电路设计问题
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，如右图所示。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。
MOS和三极管相像，但是三极管属于电流驱动型，而MOS属于电压驱动型，因此在控制的时候需要考虑MOS的G端电压。一般的N沟道MOS在3V往上就可以导通，但是为了考虑可靠性，往往是加上一个电阻，接到12V左右，这是我们常用的。如图我们产品中的一个图，是电机驱动，用的就是MOS的开关特性。另外，数字电路中所用到的三极管和MOS就是一个开关，因为数字电路只有0和1。图中的PWM是单片机IO端口直接过来的，0V和5V可变。后面一个推挽电路，然后给MOS。
向左转|向右转
12V的电源正端接负载后，负载再接管子的D极，管子的S极接电源负（地）。
管子的G极根据管子的型号，一般要比S极电压高10V~20V左右才能使管子完全导通。（电压不需要高这么多吧）
另外，G极需要一只1~10K左右的电阻进行电荷泄放以实现快速关断。
MOS管驱动电路总结
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。
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。
甲类功率放大电路乃乙类推挽功率放大电路
类别：网文精粹
甲类功率放大电路 图5-61是常用的单管甲类功率放大电路，与小信号变压器祸合放大器相似。图中，TI是输人变压器；R1、R2和凡可组成分压式电流负反馈偏置电路，建立和稳定晶体三极管的静态工作点；q是发射极旁路电容;C是交流通路电容；输入变压器T1次级的交流信号，通过电容器C和Q加到晶体三极管的发射结上；VT是做功率放大的晶体三极管；T2是输出变压器。
在功率放大器中，为了使负载获得尽可能大的输出功率，功率放大器与负载之间要求阻抗匹配，通常采用输出变压器作为晶体三极管与负载之间的藕合元件。在如图5-61中所示的功率放大器中，输出变压器还起隔直流的作用，可避免功放管的静态工作电流通过扬声器引起声音失真。 在制作单管功率放大器时，为使放大器能够可靠地工作，并获得尽可能大的输出功率，必须合理地选择静态工作点。此外，正确地设计输出变压器，是设计单管功率放大器的关键环节。 (2)乙类推挽功率放大电路 图5-62是变压器祸合乙类推挽功率放大电路，主要由两个特性相同的三极管VTI和VT2、一个输人变压器T1和一个输出变压器T2构成。输人变压器把前级的输出信号藕合到VTl和VT2的基极，输出变压器将VTI和VT2的集电极输出信号祸合到负载RL上。变压器中间抽头的目的是保证电路对称和起信号倒相作用，T2还兼有负载匹配作用。 当有正弦信号u;输人时，通过输人变压器T1将使VTI和VT2的基极得到一个大小相等而极性相反的信号电压u c1和uc2o若在某一瞬间VTI次级上半绕组感应出来的电压使VTl的基极对公共端为正，则VT2的基极对公共端为负（下半绕组的作用）。于是VT1截止，vu导通。输出变压器'I Z的初级下半边绕组有集电极电流电流过，而上半边没有电流（is，二0）。同理，在u、的另一个半周，情况刚好相反。VT1导通，VT2截止，T2的初级上半边绕组有2 d流过，而下半边绕组2,z二0。这样，VTl和VT2轮流导通，￡ci和￡c2轮流通过孔的初级绕组，而且大小相等，相位相反。因而在T2次级将叠加出一个完整的正弦电流艺L。 在乙类放大器中，由于晶体三极管特性曲线的非线性，使得两波形连接处会有非线性失真，特别是当晶体三极管为零偏置时会出现如图5-63所示的交越失真。为了消除交越失真，给晶体三极管加上一定的偏置UBB，如图5-64所示，使z ci十iCZ的波形衔接处没有交越失真。
