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,。
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,。
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,。
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。
MOS管的三個(gè)管腳之間有寄生電容存在,，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，后邊再詳細(xì)介紹,。
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。
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，適合用于源極接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,。
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,，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?，F(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,。
導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大,，造成的損失也就很大?？s短開關(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。
現(xiàn)在的MOS驅(qū)動(dòng),，有幾個(gè)特別的需求,，
1,，低壓應(yīng)用
當(dāng)使用5V電源，這時(shí)候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結(jié)構(gòu),，由于三極管的be有0.7V左右的壓降,，導(dǎo)致實(shí)際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時(shí)候,，我們選用標(biāo)稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風(fēng)險(xiǎn),。
同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場(chǎng)合。
2,，寬電壓應(yīng)用
輸入電壓并不是一個(gè)固定值,，它會(huì)隨著時(shí)間或者其他因素而變動(dòng)。這個(gè)變動(dòng)導(dǎo)致PWM電路提供給MOS管的驅(qū)動(dòng)電壓是不穩(wěn)定的,。
為了讓MOS管在高gate電壓下安全,，很多MOS管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強(qiáng)行限制gate電壓的幅值。在這種情況下,，當(dāng)提供的驅(qū)動(dòng)電壓超過穩(wěn)壓管的電壓,，就會(huì)引起較大的靜態(tài)功耗。
同時(shí),，如果簡(jiǎn)單的用電阻分壓的原理降低gate電壓,，就會(huì)出現(xiàn)輸入電壓比較高的時(shí)候，MOS管工作良好,，而輸入電壓降低的時(shí)候gate電壓不足,，引起導(dǎo)通不夠徹底，從而增加功耗,。
3,，雙電壓應(yīng)用
在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數(shù)字電壓,，而功率部分使用12V甚至更高的電壓,。兩個(gè)電壓采用共地方式連接。
這就提出一個(gè)要求,，需要使用一個(gè)電路,，讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管，同時(shí)高壓側(cè)的MOS管也同樣會(huì)面對(duì)1和2中提到的問題,。
在這三種情況下,，圖騰柱結(jié)構(gòu)無法滿足輸出要求，而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動(dòng)IC,，似乎也沒有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu),。
于是我設(shè)計(jì)了一個(gè)相對(duì)通用的電路來滿足這三種需求。
電路圖如下：
圖1 用于NMOS的驅(qū)動(dòng)電路
圖2 用于PMOS的驅(qū)動(dòng)電路
這里我只針對(duì)NMOS驅(qū)動(dòng)電路做一個(gè)簡(jiǎn)單分析：
Vl和Vh分別是低端和高端的電源,，兩個(gè)電壓可以是相同的,，但是Vl不應(yīng)該超過Vh,。
Q1和Q2組成了一個(gè)反置的圖騰柱，用來實(shí)現(xiàn)隔離,，同時(shí)確保兩只驅(qū)動(dòng)管Q3和Q4不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通,。
R2和R3提供了PWM電壓基準(zhǔn)，通過改變這個(gè)基準(zhǔn),，可以讓電路工作在PWM信號(hào)波形比較陡直的位置,。
Q3和Q4用來提供驅(qū)動(dòng)電流，由于導(dǎo)通的時(shí)候,，Q3和Q4相對(duì)Vh和GND最低都只有一個(gè)Vce的壓降,，這個(gè)壓降通常只有0.3V左右，大大低于0.7V的Vce,。
R5和R6是反饋電阻,，用于對(duì)gate電壓進(jìn)行采樣，采樣后的電壓通過Q5對(duì)Q1和Q2的基極產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的負(fù)反饋,，從而把gate電壓限制在一個(gè)有限的數(shù)值,。這個(gè)數(shù)值可以通過R5和R6來調(diào)節(jié)。
最后,，R1提供了對(duì)Q3和Q4的基極電流限制,，R4提供了對(duì)MOS管的gate電流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限制,。必要的時(shí)候可以在R4上面并聯(lián)加速電容,。
這個(gè)電路提供了如下的特性：
1，用低端電壓和PWM驅(qū)動(dòng)高端MOS管,。
2,，用小幅度的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)高gate電壓需求的MOS管。
3,，gate電壓的峰值限制
4,，輸入和輸出的電流限制
5，通過使用合適的電阻,，可以達(dá)到很低的功耗。
6,，PWM信號(hào)反相,。NMOS并不需要這個(gè)特性，可以通過前置一個(gè)反相器來解決,。