MOS管驅動

傲壹電子

    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和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管驅動時要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。


    而在進行MOSFET的選擇時，因為MOSFET有兩大類型：N溝道和P溝道。在功率系統中，MOSFET可被看成電氣開關。當在N溝道MOSFET的柵極和源極間加上正電壓時，其開關導通。導通時，電流可經開關從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個內阻，稱為導通電阻RDS(ON)。


    必須清楚MOSFET的柵極是個高阻抗端，因此，總是要在柵極加上一個電壓，這就是后面介紹電路圖中柵極所接電阻至地。如果柵極為懸空，器件將不能按設計意圖工作，并可能在不恰當的時刻導通或關閉，導致系統產生潛在的功率損耗。當源極和柵極間的電壓為零時，開關關閉，而電流停止通過器件。雖然這時器件已經關閉，但仍然有微小電流存在，這稱之為漏電流，即IDSS。

    第一步：選用N溝道還是P溝道

    為選擇正確器件的步是決定采用N溝道還是P溝道MOSFET。在典型的功率應用中，當一個MOSFET接地，而負載連接到干線電壓上時，該MOSFET就構成了低壓側開關。在低壓側開關中，應采用N溝道MOSFET，這是出于對關閉或導通器件所需電壓的考慮。


    當MOSFET連接到總線及負載接地時，就要用高壓側開關。通常會在這個拓撲中采用P溝道MOSFET，這也是出于對電壓驅動的考慮。

    第二步：確定額定電流

    第二步是選擇MOSFET的額定電流，視電路結構而定，該額定電流應是負載在所有情況下能夠承受的電流。與電壓的情況相似，設計人員必須確保所選的MOSFET能承受這個額定電流，即使在系統產生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續模式和脈沖尖峰。

    在連續導通模式下，MOSFET處于穩態，此時電流連續通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過器件，一旦確定了這些條件下的電流，只需直接選擇能承受這個電流的器件便可。


    選好額定電流后，還必須計算導通損耗。在實際情況下，MOSFET并不是理想的器件，因為在導電過程中會有電能損耗，這稱之為導通損耗。MOSFET在“導通”時就像一個可變電阻，由器件的RDS(ON)所確定，并隨溫度而顯著變化。


    器件的功率耗損可由Iload2×RDS(ON)計算，由于導通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會隨之按比例變化。對MOSFET施加的電壓VGS越高，RDS(ON)就會越小，反之RDS(ON)就會越高。


    對系統設計人員來說，這就是取決于系統電壓而需要折中權衡的地方。對便攜式設計來說，采用較低的電壓比較容易(較為普遍)，而對于工業設計，可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會隨著電流輕微上升，關于RDS(ON)電阻的各種電氣參數變化可在制造商提供的技術資料表中查到。

    第三步：確定熱要求

    選MOSFET的下一步是計算系統的散熱要求。設計人員必須考慮兩種不同的情況，即壞情況和真實情況。建議采用針對壞情況的計算結果，因為這個結果提供更大的安全余量，能確保系統不會失效。在MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數據，比如封裝器件的半導體結與環境之間的熱阻，以及的結溫。

    器件的結溫等于環境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積(結溫=環境溫度+[熱阻×功率耗散])，根據這個方程可解出系統的功率耗散，即按定義相等于I2×RDS(ON)。由于設計人員已確定將要通過器件的電流，因此可以計算出不同溫度下的RDS(ON)。值得注意的是，在處理簡單熱模型時，設計人員還必須考慮半導體結/器件外殼及外殼/環境的熱容量，即要求印刷電路板和封裝不會立即升溫。


    通常，一個PMOS管，會有寄生的二極管存在，該二極管的作用是防止源漏端反接，對于PMOS而言，比起NMOS的優勢在于它的開啟電壓可以為0,而DS電壓之間電壓相差不大，而NMOS的導通條件要求VGS要大于閾值，這將導致控制電壓必然大于所需的電壓，會出現不必要的麻煩。

AO-Electronics傲壹電子

官網：http://www.aoelectronics.com 中文網：http://www.aoelectronics.cn