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行業(yè)新聞
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2020-11
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MOS管的知識,必讀!
文章簡單總結(jié)一下MOS管,如下是本文目錄:
 



場效應(yīng)管分類
場效應(yīng)管分為結(jié)型(JFET)和金屬-氧化物-半導(dǎo)體型(MOSFET)兩種類型。
JFET的英文全稱是Junction Field-Effect Transistor,也分為N溝道和P溝道兩種,在實際中幾乎不用。
MOSFET英文全稱是Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,應(yīng)用廣泛,MOSFET一般稱MOS管。
 


MOSFET有增強(qiáng)型和耗盡型兩大類,增強(qiáng)型和耗盡型每一類下面都有NMOS和PMOS。
增強(qiáng)型MOS管的英文為Enhancement MOS或者EMOS,耗盡型MOS管的英文為Depletion MOS或者DMOS。
一般主板上使用最多的是增強(qiáng)型MOS管,NMOS最多,一般多用在信號控制上,其次是PMOS,多用在電源開關(guān)等方面,耗盡型幾乎不用。


N和P區(qū)分
如下紅色箭頭指向G極的為NMOS,箭頭背向G極的為PMOS。


 
從上圖可以看出NMOS和PMOS寄生二極管方向不一樣,NMOS是由S極→D極,PMOS是由D極→S極。
 
寄生二極管和普通二極管一樣,正接會導(dǎo)通,反接截止,對于NMOS,當(dāng)S極接正,D極接負(fù),寄生二極管會導(dǎo)通,反之截止;對于PMOS管,當(dāng)D極接正,S極接負(fù),寄生二極管導(dǎo)通,反之截止。
 
某些應(yīng)用場合,也會選擇走體二極管,以降低DS之間的壓降(體二極管的壓降是比MOS的導(dǎo)通壓降大很多的),同時也要關(guān)注體二極管的過電流能力。

 

當(dāng)滿足MOS管的導(dǎo)通條件時,MOS管的D極和S極會導(dǎo)通,這個時候體二極管是截止?fàn)顟B(tài),因為MOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻極小,一般mΩ級別,流過1A級別的電流,也才mV級別,所以D極和S極之間的導(dǎo)通壓降很小,不足以使寄生二極管導(dǎo)通,這點需要特別注意。


導(dǎo)通條件

MOS管是壓控型,導(dǎo)通由G和S極之間壓差決定。

 

對NMOS來說,VG-VS>VGS(TH),即G極和S極的壓差大于一定值,MOS管會導(dǎo)通,但是也不能大太多,否則燒壞MOS管,開啟電壓和其他參數(shù)可以看具體器件的SPEC。

 

對PMOS來說,VG-VS>VGS(TH),即S極和G極的壓差大于一定值,MOS管會導(dǎo)通,同樣的,具體參數(shù)看器件的SPEC。


基本開關(guān)電路

NMOS管開關(guān)電路

當(dāng)GPIO_CTRL電壓小于MOS管開啟電壓時,MOS管截止,OUT通過R1上拉到5V,OUT=5V。

當(dāng)GPIO_CTRL電壓大于MOS管開啟電壓時,MOS管導(dǎo)通,D極電壓等于S極電壓,即OUT=0V。
 



 

 

PMOS管開關(guān)電路

PMOS管最常用在電源開關(guān)電路中,下圖所示,當(dāng)GPIO_CRTL=0V時,S和G極壓差大于MOS管開啟電壓時,MOS管導(dǎo)通,5V_VOUT=5V_VIN。
 



與三極管的區(qū)別

三極管是電流控制,MOS管是電壓控制,主要有如下的區(qū)別:

1,只容許從信號源取少量電流的情況下,選用MOS管;在信號電壓較低,有容許從信號源取較多電流的條件下,選用三極管。

2,MOS管是單極性器件(靠一種多數(shù)載流子導(dǎo)電),三極管是雙極性器件(既有多數(shù)載流子,也要少數(shù)載流子導(dǎo)電)。

3,有些MOS管的源極和漏極可以互換運用,柵極也可正可負(fù),靈活性比三極管好。

4,MOS管應(yīng)用普遍,可以在很小電流和很低電壓下工作。

5,MOS管輸入阻抗大,低噪聲,MOS管較貴,三極管的損耗大。

6,MOS管常用來作為電源開關(guān),以及大電流開關(guān)電路、高頻高速電路中,三極管常用來數(shù)字電路開關(guān)控制。

 

G和S極串聯(lián)電阻的作用

MOS管是壓控型,有的情況下,為什么還需要在G極串聯(lián)一個電阻呢?
1,減緩RDS從無窮大到RDS(ON)。
2,防止震蕩,一般單片機(jī)的I/O輸出口都會帶點雜散電感,在電壓突變的情況下,可能與柵極電容形成LC震蕩,串聯(lián)電阻可以增大阻尼減小震蕩效果。
3,減小柵極充電峰值電流。


MOS管的米勒效應(yīng)
關(guān)于MOS管的米勒效應(yīng),可以閱讀文章:http://m.dcjzf.cn/info-detail/id-27.html


選型要點
1.電壓值
關(guān)注VDS最大導(dǎo)通電壓和VGS最大耐壓,實際使用中,不能超過這個值,否則MOS管會損壞。


關(guān)注導(dǎo)通電壓VGS(TH),一般MOS管都是用單片機(jī)進(jìn)行控制,根據(jù)單片機(jī)GPIO的電平來選擇合適導(dǎo)通閾值的MOS管,并且盡量留有一定的余量,以確保MOS可以正常開關(guān)。
 

 
2.電流值
關(guān)注ID電流,這個值代表了PMOS管的能流過多大電流,反應(yīng)帶負(fù)載的能力,超過這個值,MOS管也會損壞。
 

 
3.功率損耗
功率損耗需要關(guān)注以下幾個參數(shù),包括熱阻、溫度。熱阻指的是當(dāng)有熱量在物體上傳輸時,在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值,單位是℃/W或者是K/W,熱阻的公式為ThetaJA = (Tj-Ta)/P,和功率和環(huán)境溫度都有關(guān)系。
 

 
4.導(dǎo)通內(nèi)阻
導(dǎo)通內(nèi)阻關(guān)注PMOS的RDS(ON)參數(shù),導(dǎo)通內(nèi)阻越小,PMOS管的損耗越小,一般PMOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻都是在mΩ級別。

 
5.開關(guān)時間
MOS作為開關(guān)器件,就會有開關(guān)時間概念,在高速電路中,盡可能選擇輸入、輸出電容CISS&COSS小、開關(guān)時間Ton&Toff短的MOS管,以保證數(shù)據(jù)通信正常。

 
6.封裝
根據(jù)PCB板的尺寸,選擇合適的PMOS管尺寸,在板載面積有限的情況下,盡可能選擇小封裝;盡量選擇常見封裝,以備后續(xù)選擇合適的替代料。