MOS管在開關電路中的使用

2020-11-26 電子發燒友

MOS管在開關電路中的使用

發表於 2019-06-19 10:16:00

MOS管開關電路是利用一種電路，是利用MOS管柵極（g）控制MOS管源極（s）和漏極（d）通斷的原理構造的電路。MOS管分為N溝道與P溝道，所以開關電路也主要分為兩種。

P溝道MOS管開關電路

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（高端驅動）。需要注意的是，Vgs指的是柵極G與源極S的電壓，即柵極低於電源一定電壓就導通，而非相對於地的電壓。但是因為PMOS導通內阻比較大，所以只適用低功率的情況。大功率仍然使用N溝道MOS管。

N溝道mos管開關電路

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），只要柵極電壓大於參數手冊中給定的Vgs就可以了，漏極D接電源，源極S接地。需要注意的是Vgs指的是柵極G與源極S的壓差，所以當NMOS作為高端驅動時候，當漏極D與源極S導通時，漏極D與源極S電勢相等，那麼柵極G必須高於源極S與漏極D電壓，漏極D與源極S才能繼續導通。

一般情況下普遍用於高端驅動的MOS，導通時需要是柵極電壓大於源極電壓。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.如果在同一個系統裡，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。

MOS管是電壓驅動，按理說只要柵極電壓到到開啟電壓就能導通DS，柵極串多大電阻均能導通。但如果要求開關頻率較高時，柵對地或VCC可以看做是一個電容，對於一個電容來說，串的電阻越大，柵極達到導通電壓時間越長，MOS處於半導通狀態時間也越長，在半導通狀態內阻較大，發熱也會增大，極易損壞MOS，所以高頻時柵極柵極串的電阻不但要小，一般要加前置驅動電路的。

場效應管的作用主要有信號的轉換、控制電路的通斷，這裡我們講解的是MOS管作為開關管的使用。對於MOS管的選型，注意4個參數：漏源電壓（D、S兩端承受的電壓）、工作電流（經過MOS管的電路）、開啟電壓（讓MOS管導通的G、S電壓）、工作頻率（最大的開關頻率）。下面我們看一下MOS管的引腳，如下圖所示：

有3個引腳，分別為G（柵極）、S（源極）、D（漏極）。在開關電路中，D和S相當於需要接通的電路兩端，G為開關控制。這裡給大家分享一個自己的分辨P溝道和N溝道的方法，我們就看中間的箭頭，把G（柵極）連接的部分當做溝道，大家都知道PN結，而不是NP結，那麼就是P指向N的，所以腦海裡想到這樣的情景 P--》N，所以箭頭都是P--》N的，那麼中間的箭頭指向的就是N，如果指向溝道那就是N溝道，如果指向的是S（沒有指向溝道），那就是P溝道。這個方法也適用於三極體的判別（NPN、PNP）。

在上圖中我們可以看到右邊都有一個寄生二極體，起到保護的作用。那麼根據二極體的單向導電性我們也能知道在電路連接中，D和S應該如何連接。使用有寄生二極體的N溝道MOS管的情況下，D的電壓要高於S的電壓，否則MOS管無法正常工作（二極體導通）。使用有寄生二極體的P溝道MOS管，S的電壓要高於D的電壓，原因同上。

下面是MOS管的導通條件，只要記住電壓方向與中間箭頭方向相反即為導通（當然這個相反電壓需要達到MOS管的開啟電壓）。比如導通電壓為3V的N溝道MOS管，只要G的電壓比S的電壓高3V即可導通（D的電壓也要比S的高）。同理，導通電壓為3V的P溝道MOS管，只要G的電壓比S的電壓低3V即可導通（S的電壓比D的高）。在電路中的典型應用如下圖所示，分別為N溝道與P溝道的MOS管驅動電路：

我們可以看到，N溝道的MOS管的電路中，BEEP引腳為高電平即可導通，蜂鳴器發出聲音，低電平關閉蜂鳴器；P溝道的MOS管是用來控制GPS模塊的電源通斷，GPS_PWR引腳為低電平時導通，GPS模塊正常供電，高電平時GPS模塊斷電。

重點、重點、重點：以上兩個應用電路中，N溝道和P溝道MOS管不能互相替代，如下兩個應用電路不能正常工作：

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