下面是我對(duì)MOSFET及MOSFET驅(qū)動(dòng)電路基礎(chǔ)的一點(diǎn)總結(jié)，其中參考了一些資料,，非全部原創(chuàng),。包括MOS管的介紹，特性,，驅(qū)動(dòng)以及應(yīng)用電路,。
在使用MOS管設(shè)計(jì)開關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候,，大部分人都會(huì)考慮MOS的導(dǎo)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，但并不是優(yōu)秀的,，作為正式的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是不允許的,。
1、MOS管種類和結(jié)構(gòu)
MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),，可以被制造成增強(qiáng)型或耗盡型,，P溝道或N溝道共4種類型，但實(shí)際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的N溝道MOS管和增強(qiáng)型的P溝道MOS管,，所以通常提到NMOS,，或者PMOS指的就是這兩種。右圖是這兩種MOS管的符號(hào),。
至于為什么不使用耗盡型的MOS管,，不建議刨根問底。
對(duì)于這兩種增強(qiáng)型MOS管,，比較常用的是NMOS,。原因是導(dǎo)通電阻小且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中,，一般都用NMOS,。下面的介紹中，也多以NMOS為主,。
在MOS管原理圖上可以看到,，漏極和源極之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管,，在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(如馬達(dá)),，這個(gè)二極管很重要。順便說一句,，體二極管只在單個(gè)的MOS管中存在,，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的,。下圖是MOS管的構(gòu)造圖，通常的原理圖中都畫成右圖所示的樣子,。 (柵極保護(hù)用二極管有時(shí)不畫)
MOS管的三個(gè)管腳之間有寄生電容存在,，如右圖所示。這不是我們需要的,，而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的,。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些，但沒有辦法避免,，在MOS管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)再詳細(xì)介紹,。
2、MOS管導(dǎo)通特性
導(dǎo)通的意思是作為開關(guān),，相當(dāng)于開關(guān)閉合,。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,，適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng)),，只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。
PMOS的特性,，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,，使用與源極接VCC時(shí)的情況(高端驅(qū)動(dòng))。但是,，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng),，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴,，替換種類少等原因,，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS,。
右圖是瑞薩2SK3418的Vgs電壓和Vds電壓的關(guān)系圖,。可以看出小電流時(shí),，Vgs達(dá)到4V,，DS間壓降已經(jīng)很小，可以認(rèn)為導(dǎo)通,。
3,、MOS開關(guān)管損失
不管是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在,，因而在DS間流過電流的同時(shí),，兩端還會(huì)有電壓(如2SK3418特性圖所示)，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量,，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗,。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會(huì)減小導(dǎo)通損耗。現(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻一般在幾十毫歐左右,，幾毫歐的也有,。
MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的,。MOS兩端的電壓有一個(gè)下降的過程,，流過的電流有一個(gè)上升的過程，在這段時(shí)間內(nèi),，MOS管的損失是電壓和電流的乘積,，叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多,，而且開關(guān)頻率越快,，損失也越大。
下圖是MOS管導(dǎo)通時(shí)的波形,?？梢钥闯觯瑢?dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大,，造成的損失也就很大,。降低開關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失,；降低開關(guān)頻率,，可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開關(guān)損失,。
4,、MOS管驅(qū)動(dòng)
跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流,，只要GS電壓高于一定的值,，就可以了。這個(gè)很容易做到,，但是,，我們還需要速度。
在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到,，在GS,，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動(dòng),，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電,。對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路,，所以瞬間電流會(huì)比較大,。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)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，普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS,，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓,。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V,。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里,，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了,。很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵,，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管,。
上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓,，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需要有一定的余量。而且電壓越高,，導(dǎo)通速度越快,，導(dǎo)通電阻也越小。現(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的領(lǐng)域里,，但在12V汽車電子系統(tǒng)里,，一般4V導(dǎo)通就夠用了。
MOS管的驅(qū)動(dòng)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(xì)，所以不打算多寫了,。
5,、MOS管應(yīng)用電路
MOS管最顯著的特性是開關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開關(guān)的電路中,，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng),，也有照明調(diào)光。這三種應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域都有詳細(xì)的介紹,，這里暫時(shí)不多寫了,。以后有時(shí)間再總結(jié)。