MOS管基础知识
mos管符号及工作原理

mos管符号及工作原理MOS(金属-氧化物-半导体)管是一种主要用于放大和开关电流的半导体器件。
它是现代集成电路中最常用的技术之一,具有很高的集成度和性能。
MOS管的符号是由两个垂直线段表示,上面有一个圆圈,类似于电容器的符号。
这个圆圈表示氧化物层。
下面的直线代表半导体材料,悬空地在两个金属电极上,这些金属电极被称为源极和漏极,在符号中以S和D 表示。
当电压施加在源极和漏极之间时,MOS管的特性会改变,从而导致电流的流动和控制。
要理解MOS管的工作原理,首先需要了解一些基本概念。
1.氧化层:MOS管中的氧化层是由氧化铝或氧化硅等材料形成的绝缘层。
它起到了绝缘、保护和隔离半导体材料的作用。
2.主导区域:主导区域是位于源极和漏极之间的半导体材料,通常是硅。
这个区域可以通过施加电压来控制电流的流动。
3.栅极:栅极是位于氧化层上方的金属电极,通常是铝或钨。
栅极的作用是控制主导区域中的电子流。
MOS管的工作原理如下:1.假设栅极与源极之间没有电压,主导区域中没有电流流动。
这是因为氧化层是绝缘物质,不允许电子流通过。
这种状态称为截止状态。
2.当向栅极施加正电压时,它与主导区域之间会形成一个电势差。
这个电势差会吸引主导区域中的自由电子向栅极靠近。
这样就在主导区域形成了一个负电荷层,称为沉积层。
受到栅极的控制,沉积层的深度和形状可以调整。
3.当栅极施加的电压增加到一些阈值(也称为“临界电压”)以上时,大量的电子会进入沉积层,并与源极之间的电子相遇。
这会导致沉积层中的电子和源极之间出现电流,称为漏极电流。
同时,主导区域的电荷密度减小,导致主导区域中的电子流减少。
4.当漏极电流不再随栅极电压的增加而继续增加时,称为饱和状态。
此时,栅极对主导区域中的电荷密度的控制已经达到最大限度。
通过控制栅极电压,可以在MOS管中实现放大电流和开关电流的功能。
这使得MOS管广泛应用于数字电路、放大器、开关电源等各种电子设备中。
总结起来,MOS管的工作原理是通过在栅极和源极之间施加电压,控制主导区域中电子流的流动。
MOS管基础知识

MOS管基础知识MOS管场效应管知识要点:场效应管原理、场效应管的小信号模型及其参数场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件,是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。
有N沟道器件和P沟道器件。
有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。
IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)。
1.11.1.1MOS场效应管MOS场效应管有增强型(Enhancement MOS 或EMOS)和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS)两大类,每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。
场效应管有三个电极:D(Drain) 称为漏极,相当双极型三极管的集电极;G(Gate) 称为栅极,相当于双极型三极管的基极;S(Source) 称为源极,相当于双极型三极管的发射极。
增强型MOS(EMOS)场效应管根据图3-1,N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构,它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极,一个是漏极D,一个是源极S。
在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。
P 型半导体称为衬底,用符号B表示。
图3-1 N 沟道增强型EMOS管结构示意一、工作原理1.沟道形成原理当VGS=0 V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。
当栅极加有电压时,若0<VGS<VGS(th)时,通过栅极和衬底间的电容作用,将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥,出现了一薄层负离子的耗尽层。
耗尽层中的少子将向表层运动,但数量有限,不足以形成沟道,所以仍然不足以形成漏极电流ID。
MOS管原理非常详细

MOS管原理非常详细金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是一种重要的电子器件,广泛应用于集成电路和功率电子设备中。
它具有高度的控制性能和低功耗特性,因此在现代电子技术中占有重要地位。
本文将从MOSFET的基本结构、工作原理和应用等方面详细介绍MOSFET。
1.MOSFET基本结构MOSFET通常由一个PN结和一个MIS结构组成。
PN结由n型或p型半导体形成的两个不同掺杂区域组成,可以分为源区、漏区和栅区。
MIS结是由金属-氧化物-半导体三层组成的结构,在栅区上部有一层绝缘层,常用的是二氧化硅。
MIS结中的金属电极称为栅电极,MOSFET的控制信号通过栅电极加电压来控制。
2.MOSFET工作原理当栅电极施加一个正电压时,新的自由载流子将从栅区进入半导体区,形成一个导电通道。
这个导电通道连接了源极和漏极,当源极施加正向电压时,电流可以从源极流向漏极。
这时,MOSFET被称为处于增强状态。
反之,当栅电极施加负电压时,将形成一个势垒,使导电通道断开,电流无法流过。
这时,MOSFET被称为处于阻断状态。
因此,MOSFET的导电特性由栅电压决定,即栅极电压与源极电压之间的压差。
3.MOSFET类型根据PN结的类型,MOSFET可以分为两类:n型MOSFET(NMOS)和p型MOSFET(PMOS)。
NMOS的源漏区掺入n型硅,栅极施加正压时导通,PMOS则是源漏区掺入p型硅,栅极施加负压时导通。
另外,还有一种类型的MOSFET是双极性MOSFET(CMOS),它由NMOS和PMOS组成,可以实现更高的性能和更低的功耗。
4.MOSFET应用MOSFET广泛应用于各种电子设备中,其中最重要的应用之一是集成电路。
MOSFET的小尺寸和低功耗特性使其成为现代集成电路中的主要构建模块。
另外,MOSFET的高频特性和功率特性使其在通信和射频领域得到广泛应用。
此外,MOSFET还常用于功率电子器件中,如电源开关设备和功率放大器等。
运放和mos恒流电路原理

运放和mos恒流电路原理本文档将介绍运放和MOS恒流电路的原理和应用。
我们将从运放基础知识、MOS管基础知识、运放与MOS管结合、恒流电路原理、运放与MOS管在恒流电路中的应用、电路设计技巧、性能参数与优化以及实际应用与案例分析等方面进行详细阐述。
一、运放基础知识运算放大器(简称运放)是一种电压放大倍数很高的模拟放大器,其电压放大倍数可以达到几千倍甚至几十万倍。
运放具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗,因此在电路中常常被用作电压放大器。
二、MOS管基础知识MOS管即金属氧化物半导体场效应管,是一种电压控制型器件。
其优点包括输入阻抗高、驱动能力强、功耗低等。
根据导电沟道的类型,MOS管可以分为NMOS和PMOS两种。
三、运放与MOS管结合运放和MOS管在电路中常常被结合使用,以实现特定的功能。
例如,可以将运放用作电压跟随器或放大器,将MOS管用作开关或负载等。
四、恒流电路原理恒流电路是一种能够输出恒定电流的电路,其输出电流不受电压或负载变化的影响。
恒流电路通常由电阻、运放和MOS管等组成。
其原理是通过负反馈调节电阻上的电压,从而控制MOS管的导通电阻,实现恒流输出。
五、运放与MOS管在恒流电路中的应用在恒流电路中,运放可以作为比较器和放大器使用,将电流信号转换为电压信号,并通过负反馈调节电阻上的电压,实现恒流输出。
而MOS管则作为开关或负载使用,根据需要调整电流的大小。
六、电路设计技巧在恒流电路设计中,需要注意以下几点:首先,要选择合适的电阻和MOS 管型号,以实现所需的恒流精度和输出电流;其次,要设计合适的负反馈电路,以减小输出电流的波动;最后,要考虑到温度和电源电压等环境因素的影响,进行相应的补偿和调整。
七、性能参数与优化恒流电路的性能参数主要包括输出电流精度、稳定性、响应速度等。
为了优化性能参数,可以采取以下措施:首先,选择高精度的电阻和MOS管;其次,通过合理的电路设计和调整负反馈系数来提高稳定性;最后,采用适当的驱动电路来提高响应速度。
半导体基础知识mos管的结构和工作原理

uGS uDS iD
s
gd
uGS uDS iD
s
gd
N
N
N
N
P
P
B
B
•uGS对iD的影响:uGS↑→沟道宽度↑→iD↑
23
(2)特性曲线与电流方程
iD IDO
★
iD 预夹断轨迹uDS=uGS-UGS(th)
IDO 可变
UGS3=2UGS(th)
电阻区 恒流区 UGS2
O
UGS(th) 2UGS(th) uGS O
+4
+5
+4
多余电子
5
2)P型半导体
在硅或锗晶体(四价)中掺入少量的三价元素硼, 使空穴浓度大大增加。 多数载流子(多子):空穴。取决于掺杂浓度; 少数载流子(少子):电子。取决于温度。
+4
+4
空穴
硼原子
+3
+4
6
归纳
◆
1、杂质半导体中两种载流子浓度不同,分为多 数载流子和少数载流子(简称多子、少子)。
s N沟道
d
B g
s P沟道
B 20
(1)工作原理 通常源极和衬底是连在一起的 ①GS间开路时 此时,漏源间有两个背靠背的PN结, 因此DS间接什么电压,都不会有电 流产生。即此时不存在导电沟道。
②uGS>0,DS短接 此时,栅极接正,衬底接负,衬底中的 多子空穴被排斥到下方,上面形成耗尽 层。且uGS越大,耗尽层越宽。
20℃ 数值后,才有明显的正向电流。
硅:Uon=0.5V;锗:Uon=0.1V
U(BR) IS
0 Uon
正向导通电压U范围:
硅:0.6~0.8V(计算时取0.7V),U=0.7
mos管计算

mos管计算MOS管(MOSFET)是现代电子器件中一种重要的晶体管结构,广泛应用于各种集成电路以及功率放大器等电子设备中。
MOS管的性能参数和计算对于电子工程师来说至关重要。
本文将介绍MOS管的基本原理和常见的性能参数计算方法。
一、MOS管的基本原理MOS管是由绝缘层、栅极和源漏极构成的三层结构,通过对栅极电压的控制来调节源漏极间的电流。
其中绝缘层一般采用二氧化硅(SiO2),栅极一般采用多晶硅(polysilicon),源漏极由n型或p型半导体材料构成。
MOS管中的栅极电势决定了绝缘层上的电场分布,从而影响了漏极与源极之间的电流。
当栅极电势适当时,绝缘层下形成一个“导电沟道”,电流可以通过该沟道流过。
而当栅极电势为零或负值时,绝缘层下的沟道变窄或者不存在,从而阻止了电流的流动。
因此,栅电势是调节MOS管导通情况的关键。
二、MOS管的性能参数1. 阈值电压(Vth):阈值电压是指当栅极电势等于阈值电压时,MOS管导通与截止之间的临界电势。
通常用于判断MOS管的导通或截止状态。
2. 饱和电压(Vdsat):饱和电压是指在MOS管导通状态下,源漏极电压达到一定值时,沟道中电场饱和的电压。
饱和电压的大小决定了MOS管的放大能力和线性范围。
3. 输出电导(Gm):输出电导是指MOS管导通状态下,输出电流对输入电压的敏感性。
输出电导越大,则MOS管的放大能力越大。
4. 饱和漏极电流(Ids):饱和漏极电流是指MOS管在工作时,当栅极电势适当时,源漏极之间的电流值。
三、MOS管的性能参数计算方法1. 计算阈值电压(Vth):阈值电压可以通过实验测量或者使用MOS管的模型参数计算得到。
常见的计算方法有采用电流等式法、小信号模型法等。
2. 计算饱和电压(Vdsat):饱和电压可以通过实验测量或者使用MOS管的模型参数计算得到。
常见的计算方法有采用直流模型法、小信号模型法等。
3. 计算输出电导(Gm):输出电导可以通过实验测量或者使用MOS管的模型参数计算得到。
MOS管的种类和结构、正确用法
学过模拟电路,但都忘得差不多了。
重新学习MOS管相关知识,大多数是整理得来并非原创。
如有错误还请多多指点!先上一张图一句话MOS管工作原理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),只要栅极电压达到一定电压(如4V或10V,其他电压,看手册)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。
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、继电器),这个二极管很重要,用于保护回路。
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。
MOS管的正确用法1三极管和MOS管的基本特性三极管是电流控制电流器件,用基极电流的变化控制集电极电流的变化。
MOSFET详解
MOS管的基本知识(转载)(来自百度壓力山大)现在的高清、液晶、等离子电视机中开关电源部分除了采用了PFC技术外,在元器件上的开关管均采用性能优异的MOS管取代过去的大功率晶体三极管,使整机的效率、可靠性、故障率均大幅的下降。
由于MOS管和大功率晶体三极管在结构、特性有着本质上的区别,在应用上;驱动电路也比晶体三极管复杂,致使维修人员对电路、故障的分析倍感困难,此文即针对这一问题,把MOS管及其应用电路作简单介绍,以满足维修人员需求。
一、什么是MOS管MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即金属氧化物半导体型场效应管,属于场效应管中的绝缘栅型。
因此,MOS管有时被称为绝缘栅场效应管。
在一般电子电路中,MOS管通常被用于放大电路或开关电路。
1、MOS管的构造;在一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底上,用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区,并用金属铝引出两个电极,分别作为漏极D和源极S。
然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(Si02)绝缘层膜,在再这个绝缘层膜上装上一个铝电极,作为栅极G。
这就构成了一个N沟道(NPN 型)增强型MOS管。
显然它的栅极和其它电极间是绝缘的。
图1-1所示 A 、B 分别是它的结构图和代表符号。
同样用上述相同的方法在一块掺杂浓度较低的N型半导体硅衬底上,用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的P+区,及上述相同的栅极制作过程,就制成为一个P沟道(PNP型)增强型MOS管。
图1-2所示A 、B分别是P沟道MOS 管道结构图和代表符号。
图1 -1-A图1 -2-A2、MOS管的工作原理:图1-3是N沟道MOS管工作原理图图1-3-A图1-3-B从图1-3-A可以看出,增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN 结。
当栅-源电压VGS=0时,即使加上漏-源电压VDS,总有一个PN结处于反偏状态,漏-源极间没有导电沟道(没有电流流过),所以这时漏极电流ID=0。
场效应管的基础知识
场效应管的基础学问英文名称:MOSFET (简写:MOS )中文名称:功率场效应晶体管(简称:场效应管)场效应晶体管简称场效应管,它是由半导体材料构成的。
与一般双极型相比,场效应管具有许多特点。
场效应管是一种单极型半导体(内部只有一种载流子一多子)分四类:N沟通增加型;P沟通增加型;N沟通耗尽型;P沟通耗尽型。
增加型MOS管的特性曲线场效应管有四个电极,栅极G、漏极D、源极S和衬底B ,通常字内部将衬底B与源极S相连。
这样,场效应管在外型上是一个三端电路元件场效管是一种压控电流源器件,即流入的漏极电流ID栅源电压UGS掌握。
1、转移特性曲线:应留意:①转移特性曲线反映掌握电压VGS与电流ID之间的关系。
②当VGS很小时,ID基本为零,管子截止;当VGS大于某一个电压VTN时ID随VGS的变化而变化,VTN称为开启电压,约为2V0③无论是在VGS2、输出特性曲线:输出特性是在给顶VGS的条件下,ID与VDS之间的关系。
可分三个区域。
①夹断区:VGS②可变电阻区:VGS>VTN且VDS值较小。
VGS值越大,则曲线越陡,D、S极之间的等效电阻RDS值就越小。
③恒流区:VGS>VTN且VDS值较大。
这时ID只取于VGS ,而与VDS无关。
3、MOS管开关条件和特点:管型状态,N-MOS , P-MOS特点截止VTN , RDS特别大,相当与开关断开导通VGS2VTN , VGS<VTN , RON很小,相当于开关闭合4、MOS场效应管的主要参数①直流参数a、开启电压VTN ,当VGS>UTN时,增加型NMOS管通道。
b、输入电阻RGS , 一般RGS值为109〜1012。
高值②极限参数最大漏极电流IDSM击穿电压V(RB)GS , V(RB)DS最大允许耗散功率PDSM5、场效应的电极判别用RxlK挡,将黑表笔接管子的一个电极,用红表笔分别接此外两个电极,如两次测得的结果阻值都很小,则黑表笔所接的电极就是栅极(G),此外两极为源(S)、漏(D)极,而且是N型沟场效应管。
MOS管基本认识(快速入门)
MOS管基本认识(快速入门)1、三个极的判定:G极(gate)—栅极,不用说比较好认。
S极(source)—源极,不论是P沟道还是N沟道,两根线相交的就是。
D极(drain)—漏极,不论是P沟道还是N沟道,是单独引线的那边。
2. N沟道与P沟道判别:箭头指向G极的是N沟道;箭头背向G极的是P沟道。
3. 寄生二极管方向判定:不论N沟道还是P沟道MOS管,中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭头方向总是一致的:要么都由S指向D,要么都有D指向S。
4. MOS开关实现的功能1>信号切换;2>电压通断。
5. MOS管用作开关时在电路中的连接方法关键点:1>确定那一极连接输入端,那一极连接输出端2>控制极电平为?V 时MOS管导通3>控制极电平为?V 时MOS管截止NMOS:D极接输入,S极接输出PMOS:S极接输入,D极接输出反证法加强理解NMOS假如:S接输入,D接输出由于寄生二极管直接导通,因此S极电压可以无条件到D极,MOS管就失去了开关的作用。
PMOS假如:D接输入,S接输出同样失去了开关的作用。
6. MOS管的开关条件N沟道—导通时Ug> Us,Ugs> Ugs(th)时导通P沟道—导通时Ug< Us,Ugs< Ugs(th)时导通总之,导通条件:|Ugs|>|Ugs(th)|7. 相关概念BJT :Bipolar Junction Transistor 双极性晶体管,BJT是电流控制器件;FET :Field Effect Transistor 场效应晶体管,FET是电压控制器件. 按结构场效应管分为:结型场效应(简称JFET)、绝缘栅场效应(简称MOSFET)两大类按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种.按导电方式:耗尽型与增强型,结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。
总的来说场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管,而MOS场效应。
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MOS管(MOSFET)基础知识:结构,特性驱动电路及应用MOS管(MOSFET)基础知识:结构,特性驱动电路及应用分析下面是我对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AN799Matching 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的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。
现在的MOS驱动,有几个特别的需求,1,低压应用当使用5V电源,这时候如果使用传统的图腾柱结构,由于三极管的be有0.7V左右的压降,导致实际最终加在gate上的电压只有4.3V。
这时候,我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就存在一定的风险。
同样的问题也发生在使用3V或者其他低压电源的场合。
2,宽电压应用输入电压并不是一个固定值,它会随着时间或者其他因素而变动。
这个变动导致PWM电路提供给MOS管的驱动电压是不稳定的。
为了让MOS管在高gate电压下安全,很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值。
在这种情况下,当提供的驱动电压超过稳压管的电压,就会引起较大的静态功耗。
同时,如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压,就会出现输入电压比较高的时候,MOS管工作良好,而输入电压降低的时候gate电压不足,引起导通不够彻底,从而增加功耗。
3,双电压应用在一些控制电路中,逻辑部分使用典型的5V或者3.3V数字电压,而功率部分使用12V甚至更高的电压。
两个电压采用共地方式连接。
这就提出一个要求,需要使用一个电路,让低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管,同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问题。
在这三种情况下,图腾柱结构无法满足输出要求,而很多现成的MOS驱动IC,似乎也没有包含gate电压限制的结构。
于是我设计了一个相对通用的电路来满足这三种需求。
电路图如下:图1用于NMOS的驱动电路图2用于PMOS的驱动电路这里我只针对NMOS驱动电路做一个简单分析:Vl和Vh分别是低端和高端的电源,两个电压可以是相同的,但是Vl不应该超过Vh。
Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱,用来实现隔离,同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。
R2和R3提供了PWM电压基准,通过改变这个基准,可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置。
Q3和Q4用来提供驱动电流,由于导通的时候,Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降,这个压降通常只有0.3 V左右,大大低于0.7V的Vce。
R5和R6是反馈电阻,用于对gate电压进行采样,采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈,从而把ga te电压限制在一个有限的数值。
这个数值可以通过R5和R6来调节。
最后,R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制,R4提供了对MOS管的gate电流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制。
必要的时候可以在R4上面并联加速电容。
这个电路提供了如下的特性:1,用低端电压和PWM驱动高端MOS管。
2,用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管。
3,gate电压的峰值限制4,输入和输出的电流限制5,通过使用合适的电阻,可以达到很低的功耗。
6,PWM信号反相。
NMOS并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决。
在设计便携式设备和无线产品时,提高产品性能、延长电池工作时间是设计人员需要面对的两个问题。
DC-DC转换器具有效率高、输出电流大、静态电流小等优点,非常适用于为便携式设备供电。
目前DC-DC转换器设计技术发展主要趋势有:(1)高频化技术:随着开关频率的提高,开关变换器的体积也随之减小,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善。
小功率DC-DC转换器的开关频率将上升到兆赫级。
(2)低输出电压技术:随着半导体制造技术的不断发展,微处理器和便携式电子设备的工作电压越来越低,这就要求未来的DC-DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的要求。
这些技术的发展对电源芯片电路的设计提出了更高的要求。
首先,随着开关频率的不断提高,对于开关元件的性能提出了很高的要求,同时必须具有相应的开关元件驱动电路以保证开关元件在高达兆赫级的开关频率下正常工作。
其次,对于电池供电的便携式电子设备来说,电路的工作电压低(以锂电池为例,工作电压2.5~3.6V),因此,电源芯片的工作电压较低。
MOS管具有很低的导通电阻,消耗能量较低,在目前流行的高效DC-DC芯片中多采用MOS管作为功率开关。
但是由于MOS 管的寄生电容大,一般情况下NMOS开关管的栅极电容高达几十皮法。
这对于设计高工作频率DC-DC转换器开关管驱动电路的设计提出了更高的要求。
在低电压ULSI设计中有多种CMOS、BiCMOS采用自举升压结构的逻辑电路和作为大容性负载的驱动电路。
这些电路能够在低于1V电压供电条件下正常工作,并且能够在负载电容1~2pF的条件下工作频率能够达到几十兆甚至上百兆赫兹。
本文正是采用了自举升压电路,设计了一种具有大负载电容驱动能力的,适合于低电压、高开关频率升压型DC-DC转换器的驱动电路。
电路基于Sa msung AHP615BiCMOS工艺设计并经过Hspice仿真验证,在供电电压1.5V,负载电容为60pF时,工作频率能够达到5MHz以上。
MOSFET及MOSFET驱动电路知识小结MOSFET及MOSFET驱动电路知识小结下面是我对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,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。