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一、原理介紹
如上圖,NMOS管是壓控型器件,Vgs電壓大於Vth開啟電壓時,內部溝道在場強的作用下導通,Vgs電壓小於Vth開啟電壓時,內部溝道截止;
Vgs電壓越高,內部場強越大,導通程度越高,導通電阻Ron越小,注意,Vgs電壓不能超過晶片允許的極限電壓;
說明:NMOS管一般作為低端驅動器件,源級S接地。
二、寄生參數
1、寄生二極體
使用時,要特別注意內部寄生二極體。 例如,電源接反時,源級S接到了電源正極,此時通過內部寄生二極體導通,如果電源輸入沒有反接保護,NOMS管有可能燒毀。
2、寄生電容
使用時,要特別注意GS管腳的寄生電容Cgs,控制NMOS管的導通與截止,本質上是控制Cgs電容的充放電;
如果要求NMOS快速導通與截止,此時需要驅動源能夠提供足夠大的驅動電流,以提供Cgs電容的瞬間充放電;
如果僅僅作為開關使用,可以串電阻,以減小Cgs的充放電電流,此時,對驅動源的要求就不高,單片機的IO口(推輓輸出時,可以提供20mA的驅動電流)可以直接驅動。
三、選型
1、常用型號:AO3400,AO3414,AOD4184等,型號很多,可以根據需求合理選擇;
2、選型依據
①、Ids電流,導通電阻Ron越小,允許的Ids越大;
②、開關速率,詳看手冊的打開、保持、關閉時間;
③、Vgs開啟電壓,驅動電壓,極限電壓;
④、Vds極限電壓;
⑤、封裝尺寸;
四、項目實戰
1、防反接
設計說明:
1、巧妙利用內部寄生二極體。上電時,通過內部寄生二極體,Vgs電壓大於Vth電壓,NMOS管完全導通;
2、R87,R88:電阻分壓,調整Vgs電壓,Vgs電壓儘量大,這樣,Ron越小,壓降越小,損耗越低;
3、D25,穩壓二極體,防止Vgs電壓超過極限電壓。
2、低端開關
設計說明:
1、R14起到限流作用,單片機輸出高電平時,通過R14給Cgs電容充電,U7導通;單片機輸出低電平時,Cgs電容通過R14放電,U7截止;
2、由於單片機輸出電壓沒有超過Vgs的運行電壓,GS端不需要並電阻到地。
3、PWM開關
設計說明:
1、單片機輸出PWM波控制NMOS管,D級接到2.5V的參考電壓,再通過RC濾波,可以控制輸出0-2.5V電壓輸出, 再配上放大器、射隨,可以實現PWM調壓輸出;
2、R21電阻不能太大,否則,Cgs電容充放電速度過慢,波形輸出受影響,也不能太小,否則,Cgs電容充放電過大,單片機IO驅動不了。
五、小結
NMOS管是驅動電路常用的器件,使用時根據需求合理選擇型號,應用時注意內部寄生參數,極限參數,提高產品的可靠性。
NMOS管涉及的知識點很多,本文只是簡要的介紹了下,僅僅起到拋磚引玉的作用,日後設計過程中,需要不斷的總結經驗,溝通交流,以達到真正的理解,靈活運用。
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講師:劉傑,軟硬體工程師,10多年單片機產品開發經驗。長期進行單片機實戰項目教學。