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關(guān)于MOS管參數(shù)分析以及研發(fā)常用電路設(shè)計(jì)

發(fā)表時(shí)間:2024-04-25   訪問量:

.圖中1給我們展示了器件的封裝為SOT23封裝;

.圖中2中為N溝道的原理圖符號(hào),N溝道MOS管有3個(gè)極,分別是G(柵極),S(源極),D(漏極);注意箭頭方向是從S指向G,同時(shí)內(nèi)部有個(gè)體二極管,方向和箭頭指向一致;

.圖中3給我們標(biāo)注了引腳序號(hào)對(duì)應(yīng)的三個(gè)極,這個(gè)畫封裝焊盤和器件原理圖符號(hào)就是根據(jù)這個(gè)來畫的;圖中4在器件實(shí)物表面絲印有2302字樣,便于我們區(qū)分;

02.jpg01.jpg

下面是在常溫下測(cè)試的極限參數(shù):

03.jpg

.VDS = 20V,表示DS之間加載電壓差最大不超過20V;

.VGS = ±8V,表示在GS之間電壓差最大不超過8V,最小不超過-8V;

.ID = 2.1A,表示該MOS管漏極持續(xù)電流最大不超過2.1A;

.Is = 0.6A,表示通過柵極和源極之間的通道產(chǎn)生的電流為0.6A;

.PD = 0.35W,表示該MOS管額定功率是0.35W;這個(gè)和三極管一樣都會(huì)受溫度升高而降低,所以選型還是降額選取;

下面我們主要關(guān)注標(biāo)注的3點(diǎn)內(nèi)容:

04.jpg

1.VGS(th)表示N溝道MOS管的導(dǎo)通閾值,圖中表示該MOS管的導(dǎo)通閾值在0.95V左右;這個(gè)是低閾值MOS管,好處是低電壓即可驅(qū)動(dòng);

2. RDS(on)表示MOS管導(dǎo)通時(shí),DS之間的阻抗大?。?/p>

3. Ciss為輸入電容,Coss為輸出電容,Crss為反向傳輸電容,這個(gè)怎么理解,我們舉個(gè)例子:

我們看下圖中三個(gè)極間電容:則有

輸入電容Ciss = Cgd +Cgs;

輸出電容Coss = Cds +Cgd;

Crss = Cgd ;Crss也叫米勒電容,米勒電容為啥會(huì)叫這個(gè)名字咧?我們知道MOS管有個(gè)比較有名的效應(yīng),即米勒效應(yīng),就是這個(gè)電容影響的結(jié)果;

即我們前端輸入電壓給Cgs充電時(shí),當(dāng)Cgs兩端電壓小于閾值電壓,MOS管關(guān)閉;

當(dāng)Cgs兩端電壓開始大于閾值電壓時(shí),ID電流從0迅速增大,同時(shí)當(dāng)進(jìn)入米勒平臺(tái)效應(yīng)時(shí),VGS電壓將保持不變,不再上升,此時(shí)VGS部分電流從米勒電容支路流失,待米勒效應(yīng)過后,VGS繼續(xù)上升到驅(qū)動(dòng)電壓;

為什么介紹這個(gè)米勒效應(yīng),因?yàn)槊桌招?yīng)增加了導(dǎo)通時(shí)間,即額外增加了MOS管的損耗;這個(gè)我們注意一下

MOS管的損耗有3部分構(gòu)成:

1. 導(dǎo)通損耗;

2. 開啟損耗;

3. 關(guān)斷損耗;

最后總結(jié)下選型要求:

1. 根據(jù)我們驅(qū)動(dòng)目標(biāo)要求和結(jié)構(gòu)空間大小確認(rèn)封裝;

2. 根據(jù)目標(biāo)整體電流,確定額定功率;

3. 根據(jù)電路中電源電壓確認(rèn)目標(biāo)MOS管閾值大小;

4. 根據(jù)成本要求,確認(rèn)最終品牌;

N-MOS管在設(shè)計(jì)電路時(shí)可以類比三極管:

1. 基極要加限流電阻,以免MOS管柵極被大電流損壞;

2. 基極要加下拉電阻,確定MOS管閑置時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài);

3. NMOS管導(dǎo)通條件,在GS兩端電壓差要大于閾值電壓;

4. NMOS管GS不具有鉗位功能,基極電壓只受R2和R3分壓影響;

5. NMOS管是電壓控制元件;

05.jpg

.這個(gè)電路也叫開漏輸出電路,我們經(jīng)常在MCU中看到有的引腳是開漏輸出,即只能輸出低電平,因?yàn)槁O沒有接電壓;

.我們?cè)倏聪翽MOS管應(yīng)用電路;

.1. 我們記住PMOS管開啟條件和NMOS相反,即VS - VG > 閾值電壓;

.2. 當(dāng)輸入低電平時(shí),PMOS管開啟,漏極輸出5V;

6.jpg

.我們?cè)谘邪l(fā)產(chǎn)品時(shí),有很多基于干電池的產(chǎn)品,在低功耗設(shè)計(jì)時(shí),就可以考慮P管來控制電源的開關(guān):

.1.當(dāng)VCC是我們干電池電壓時(shí),MCU是3.3V供電;我們就可以用PMOS管來控制電源供給,當(dāng)輸入高時(shí),PMOS關(guān)閉;當(dāng)輸入低時(shí),PMOS開啟;

8.jpg

.那如果我們產(chǎn)品是基于鋰電池,那么這個(gè)PMOS管電路還能用么?

.我們MCU高電平是3.3V,鋰電池充滿電壓是4.2V;依然有個(gè)1V左右壓差,PMOS在這種情況下會(huì)導(dǎo)通;

9.jpg

我們知道PMOS是輸入低電平,使VSG壓差大于閾值電壓,讓其導(dǎo)通;前面NMOS我們說過開漏輸出低,我們把2個(gè)電路結(jié)合下;

1. 當(dāng)我們前端電壓輸入低,Q1柵極被R3下拉到地,Q1關(guān)閉,Q3柵極被R5上拉到高,Q3關(guān)閉;

2. 當(dāng)前端輸入高,Q1導(dǎo)通,Q3柵極從高變低,Q3導(dǎo)通,VCC從Q3漏極輸出;

10.jpg

此電路優(yōu)點(diǎn):

1. 輸入高,輸出高;輸入低,無輸出;此為正邏輯,便于分析控制電路;

2. 無論VCC是多少,我們這個(gè)電路都適用;

我們?cè)谘邪l(fā)產(chǎn)品時(shí),我們?yōu)榱吮WC產(chǎn)品的可靠性,我們會(huì)設(shè)計(jì)電源防反電路;這是為了防止電源錯(cuò)插,插反導(dǎo)致主板燒毀;為了防止這種情況的發(fā)生,我們?cè)谠搭^增加了這一道程序;

我們來看:

1.在小電流場(chǎng)景下,我們一般可以用二極管來做防反電路,利用二極管的單項(xiàng)導(dǎo)電性;

下面左圖中電源正接,電源經(jīng)過D1,R5到地構(gòu)成一個(gè)完整回路,而右圖中電源反接,由于二極管單向?qū)щ?,沒有回路,因此截止;

為啥只能在小電流場(chǎng)景下,大電流下二極管電壓降大,功率就大,發(fā)熱就厲害;

11.jpg

2.我們來看NMOS管

我們知道NMOS管是GS壓差大于開啟電壓才能導(dǎo)通,我們?cè)趺蠢秒娫矗?/p>

如下圖1,2中,2種電路在電源正接時(shí)均可以實(shí)現(xiàn)12V輸出;那么是不是2種電路均可以適用?

12.jpg

我們之前說過,額外加載電路不能對(duì)原來電路造成影響,即反接的話也要對(duì)原來電路沒影響才對(duì);我們看:

在反接仿真時(shí)可以明顯看出,左圖輸出接近0V,即無輸出;右圖中依然有輸出,而且是負(fù)輸出;

13.jpg

對(duì)于上述電路我們要注意,肯定有人會(huì)疑惑,NMOS管不是VGS電壓大于閾值電壓才開啟么,上面右圖怎么有輸出咧,我們要注意MOS管還有個(gè)體二極管,這個(gè)二極管正向也會(huì)導(dǎo)通的;

上述電路我們優(yōu)化下:

1. NMOS管柵極要做限流處理;

2. VGS電壓不能超過手冊(cè)中最大電壓,還要留有余量,所以柵極電壓我們做分壓處理;

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對(duì)于上述電路,我們將大電源電壓分壓成小電壓給柵極,再在R4旁并聯(lián)一個(gè)6V的穩(wěn)壓管,保證NMOS管的可靠性;

2.對(duì)于PMOS,我們類比NMOS管設(shè)計(jì):

14.jpg


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