MOS管工作原理

在使用mos管設計開關電源或者馬達驅動電路的時候，大部分人都會考慮mos的導通電阻，最大電壓等，最大電流等，也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的，但並不是優秀的，作為正式的產品設計也是不允許的。

下面是我對mosfet及mosfet驅動電路基礎的一點總結，其中參考了一些資料，非全部原創。包括mos管的介紹，特性，驅動以及應用電路。

1、mos管種類和結構

mosfet管是fet的一種（另一種是jfet），可以被製造成增強型或耗盡型，p溝道或n溝道共4種型別，但實際應用的只有增強型的n溝道mos管和增強型的p溝道mos管，所以通常提到nmos，或者pmos指的就是這兩種。

至於為什麼不使用耗盡型的mos管，不建議刨根問底。

對於這兩種增強型mos管，比較常用的是nmos。原因是導通電阻小，且容易製造。所以開關電源和馬達驅動的應用中，一般都用nmos。下面的介紹中，也多以nmos為主。

mos管的三個管腳之間有寄生電容存在，這不是我們需要的，而是由於製造工藝限制產生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些，但沒有辦法避免，後邊再詳細介紹。

在mos管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有乙個寄生二極體。這個叫體二極體，在驅動感性負載（如馬達），這個二極體很重要。順便說一句，體二極體只在單個的mos管中存在，在積體電路晶元內部通常是沒有的。

2、mos管導通特性

導通的意思是作為開關，相當於開關閉合。

nmos的特性，vgs大於一定的值就會導通，適合用於源極接地時的情況（低端驅動），只要柵極電壓達到4v或10v就可以了。

pmos的特性，vgs小於一定的值就會導通，適合用於源極接vcc時的情況（高階驅動）。但是，雖然pmos可以很方便地用作高階驅動，但由於導通電阻大，**貴，替換種類少等原因，在高階驅動中，通常還是使用nmos。

3、mos開關管損失

不管是nmos還是pmos，導通後都有導通電阻存在，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兩端的電壓有乙個下降的過程，流過的電流有乙個上公升的過程，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，而且開關頻率越快，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。

4、mos管驅動

跟雙極性電晶體相比，一般認為使mos管導通不需要電流，只要gs電壓高於一定的值，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。對電容的充電需要乙個電流，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，普遍用於高階驅動的nmos，導通時需要是柵極電壓大於源極電壓。而高階驅動的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。如果在同乙個系統裡，要得到比vcc大的電壓，就要專門的公升壓電路了。很多馬達驅動器都整合了電荷幫浦，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。

上邊說的4v或10v是常用的mos管的導通電壓，設計時當然需要有一定的餘量。而且電壓越高，導通速度越快，導通電阻也越小。現在也有導通電壓更小的mos管用在不同的領域裡，但在12v汽車電子系統裡，一般4v導通就夠用了。

mos管的驅動電路及其損失，可以參考microchip公司的an799 matching mosfet drivers to mosfets。講述得很詳細，所以不打算多寫了。

5、mos管應用電路

mos管最顯著的特性是開關特性好，所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中，常見的如開關電源和馬達驅動，也有照明調光。

這三種應用在各個領域都有詳細的介紹，這裡暫時不多寫了。以後有時間再總結。

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