n溝道mos管開關電路-詳解n溝道mos管電源開關電路圖-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-06-29
n溝道mos管開關電路
項目中最常用的為增強型mos管，分為N溝道和P溝道兩種。
由于n溝道mos管開關電路其導通電阻小，且容易制造所以項目中大部分用到的是n溝道mos管開關電路。在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個寄生二極管。寄生二極管只在單個的MOS管中存在，在集成電路芯片內部通常是沒有的。
1.導通特性
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導通，適合用于源極接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，但由于導通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是NMOS，n溝道mos管開關電路。
n溝道mos管開關電路的特性，Vgs大于一定的值就會導通，適合用于源極接地時的情況（低端驅動），只要柵極電壓達到4V或10V就可以了，雖然4V就導通了，但是為了完全導通電壓在其可承受范圍應該盡量大一些。
2.MOS開關管損失
不管是n溝道mos管開關電路還是PMOS，導通后都有導通電阻存在，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，而且開關頻率越高，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。
3.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，只要GS電壓高于一定的值，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，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅動，實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流，因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。選擇/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。
第二注意的是，普遍用于高端驅動的n溝道mos管開關電路，導通時需要是柵極電壓大于源極電壓。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。如果在同一個系統里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵，要注意的是應該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。
由于具有較低的導通電阻（RDS(on)）和較小尺寸，N溝道MOSFET在產品選擇上超過了P溝道。在降壓穩壓器應用中，基于柵控電壓極性、器件尺寸和串聯電阻等多種因素，使用P溝道MOSFET或N溝道MOSFET作為主開關。同步整流器應用幾乎總是使用N溝道技術，這主要是因為N溝道的RDS(on)小于P溝道的，并且通過在柵極上施加正電壓導通。
MOSFET多數是載流子器件， N溝道MOSFET在導電過程中有電子流動。 P溝道在導電期間使用被稱為空穴的正電荷。電子的流動性是空穴的三倍。盡管沒有直接的相關性，就RDS(on)而言，為得到相等的值，P溝道的管芯尺寸大約是N溝道的三倍。因此N溝道的管芯尺寸更小。
n溝道mos管開關電路N溝道MOSFET在柵-源極端子上施加適當閾值的正電壓時導通；P溝道MOSFET通過施加給定的負的柵-源極電壓導通。
MOSFET的柵控決定了它們在SMPS轉換器中的應用。例如，N溝道MOSFET更適用于以地為參考的低側開關，特別是用于升壓、SEPIC、正向和隔離反激式轉換器。在同步整流器應用以及以太網供電（PoE）輸入整流器中，低側開關也被用來代替二極管作為整流器。P溝道MOSFET最常用作輸入電壓低于15VDC的降壓穩壓器中的高側開關。根據應用的不同，N溝道MOSFET也可用作降壓穩壓器高側開關。這些應用需要自舉電路或其它形式的高側驅動器。
圖1：具有電平移位器的高側驅動IC
圖2：用自舉電路對高側N溝道MOSFET進行柵控
極性決定了n溝道mos管開關電路MOSFET的圖形符號。不同之處在于體二極管和箭頭符號相對于端子的方向。
圖3：P溝道和N溝道MOSFET的原理圖
注意體二極管和箭頭相對漏極（D）和源極（S）端子的方向。
n溝道mos管開關電路極性和MOSFET工作特性
極性決定了MOSFET的工作特性。 對N溝道器件為正的電流和電壓對P溝道器件為負值。
圖4：MOSFET第一象限特征
在有充足電壓施加到柵-源極端子的歐姆區域（ohmic region），n溝道mos管開關電路MOSFET“完全導通”。在對比圖中，N溝道歐姆區的VGS是7V，而P溝道的是-4.5V。
隨著柵極電壓增加，歐姆曲線的斜率變得更陡，表明器件導電能力更強。施加的柵極電壓越高，n溝道mos管開關電路MOSFET的RDS(on)就越小。在某些應用中，對MOSFET進行柵控的是可以提供令人滿意的RDS(on)的電壓。額外的柵極電壓會因?C x Vgs x Vgs x f產生功耗，其中柵極電荷和開關頻率在確定MOSFET技術的最終工作點和選用方面起著重要作用。
MOSFET既可工作在第一象限，也可工作在第三象限。沒有施加柵-源極電壓時，寄生體二極管導通。當柵極沒有電壓時，流入漏極的電流類似于典型的二極管曲線。
圖5：未柵控N溝道MOSFET工作于第三象限的典型特性
施加柵極電壓時，根據VGS的值會產生非線性曲線。當VGS超過10V時，n溝道mos管開關電路完全在第三象限歐姆區內工作。然而，當柵極電壓低于10V時，二極管電壓鉗位于各種漏極電流水平。在非線性曲線中見到的彎曲是二極管和歐姆區之間的轉變點。
圖6：施加柵極電壓時，N溝道MOSFET工作在第三象限的典型特性
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