MOS管在开关电路中的使用

Posted 2023-03-28

参考技术A MOS管也就是常说的场效应管（FET），有结型场效应管、绝缘栅型场效应管（又分为增强型和耗尽型场效应管）。

也可以只分成两类P沟道和N沟道，这里我们就按照P沟道和N沟道分类。

对MOS管分类不了解的可以自己上网查一下。

场效应管的作用主要有信号的转换、控制电路的通断，这里我们讲解的是MOS管作为开关管的使用。

对于MOS管的选型，注意4个参数：漏源电压（D、S两端承受的电压）、工作电流（经过MOS管的电路）、开启电压（让MOS管导通的G、S电压）、工作频率（最大的开关频率）。

下面我们看一下MOS管的引脚，如下图所示：

有三个引脚，分别为G（栅极）、S（源极）、D（漏极）。

在开关电路中，D和S相当于需要接通的电路两端，G为开关控制。

这里分享一个自己的分辨P沟道和N沟道的方法，我们就看中间的箭头，把G（栅极）连接的部分当做沟道，大家都知道PN结，而不是NP结，那么就是P指向N的，所以脑海里想到这样的情景 P-->N，所以箭头都是P-->N的，那么中间的箭头指向的就是N，如果指向沟道那就是N沟道，如果指向的是S（没有指向沟道），那就是P沟道。

这个方法也适用于三极管的判别（NPN、PNP）。

在上图中我们可以看到右边都有一个寄生二极管，起到保护的作用。

那么根据二极管的单向导电性我们也能知道在电路连接中，D和S应该如何连接。使用有寄生二极管的N沟道MOS管的情况下，D的电压要高于S的电压，否则MOS管无法正常工作（二极管导通）。

使用有寄生二极管的P沟道MOS管，S的电压要高于D的电压，原因同上。

下面是MOS管的导通条件，只要记住电压方向与中间箭头方向相反即为导通（当然这个相反电压需要达到MOS管的开启电压）。

比如导通电压为3V的N沟道MOS管，只要G的电压比S的电压高3V即可导通（D的电压也要比S的高）。

同理，导通电压为3V的P沟道MOS管，只要G的电压比S的电压低3V即可导通（S的电压比D的高）。

在电路中的典型应用如下图所示，分别为N沟道与P沟道的MOS管驱动电路：

我们可以看到，N沟道的MOS管的电路中，BEEP引脚为高电平即可导通，蜂鸣器发出声音，低电平关闭蜂鸣器；

P沟道的MOS管是用来控制GPS模块的电源通断，GPS_PWR引脚为低电平时导通，GPS模块正常供电，高电平时GPS模块断电。

重点、重点、重点，以上两个应用电路中，N沟道和P沟道MOS管不能互相替代，如下两个应用电路不能正常工作：

对于上面两个电路如何修改能正常工作？

MOS管和IGBT有什么区别？别傻傻分不清了

在电子电路中，MOS管和IGBT管会经常出现，它们都可以作为开关元件来使用，MOS管和IGBT管在外形及特性参数也比较相似，那为什么有些电路用MOS管？而有些电路用IGBT管？

下面我们就来了解一下，MOS管和IGBT管到底有什么区别吧！

什么是MOS管？

场效应管主要有两种类型，分别是结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS管）。

MOS管即MOSFET，中文全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管，由于这种场效应管的栅极被绝缘层隔离，所以又叫绝缘栅场效应管。

MOSFET又可分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。

▲ MOSFET种类与电路符号

有的MOSFET内部会有个二极管，这是体二极管，或者叫寄生二极管、续流二极管。

关于寄生二极管的作用，有两种解释：

1、MOSFET的寄生二极管，作用是防止VDD过压的情况下，烧坏MOS管，因为在过压对MOS管造成破坏之前，二极管先反向击穿，将大电流直接到地，从而避免MOS管被烧坏。

2、防止MOS管的源极和漏极反接时烧坏MOS管，也可以在电路有反向感生电压时，为反向感生电压提供通路，避免反向感生电压击穿MOS管。

MOSFET具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好、电压控制电流等特性，在电路中，可以用作放大器、电子开关等用途。

什么是IGBT？

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由晶体三极管和MOS管组成的复合型半导体器件。

IGBT作为新型电子半导体器件，具有输入阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，在各种电子电路中获得极广泛的应用。

IGBT的电路符号至今并未统一，画原理图时一般是借用三极管、MOS管的符号，这时可以从原理图上标注的型号来判断是IGBT还是MOS管。

同时还要注意IGBT有没有体二极管，图上没有标出并不表示一定没有，除非官方资料有特别说明，否则这个二极管都是存在的。

IGBT内部的体二极管并非寄生的，而是为了保护IGBT脆弱的反向耐压而特别设置的，又称为FWD（续流二极管）。

判断IGBT内部是否有体二极管也并不困难，可以用万用表测量IGBT的C极和E极，如果IGBT是好的，C、E两极测得电阻值无穷大，则说明IGBT没有体二极管。

IGBT非常适合应用于如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

MOS管和IGBT的结构特点

MOS管和IGBT管的内部结构如下图所示。

IGBT是通过在MOSFET的漏极上追加层而构成的。

IGBT的理想等效电路如下图所示，IGBT实际就是MOSFET和晶体管三极管的组合，MOSFET存在导通电阻高的缺点，但IGBT克服了这一缺点，在高压时IGBT仍具有较低的导通电阻。

另外，相似功率容量的IGBT和MOSFET，IGBT的速度可能会慢于MOSFET，因为IGBT存在关断拖尾时间，由于IGBT关断拖尾时间长，死区时间也要加长，从而会影响开关频率。

选择MOS管还是IGBT？

在电路中，选用MOS管作为功率开关管还是选择IGBT管，这是工程师常遇到的问题，如果从系统的电压、电流、切换功率等因素作为考虑，可以总结出以下几点：

也可从下图看出两者使用的条件，阴影部分区域表示MOSFET和IGBT都可以选用，“？”表示当前工艺还无法达到的水平。

总的来说，MOSFET优点是高频特性好，可以工作频率可以达到几百kHz、上MHz，缺点是导通电阻大在高压大电流场合功耗较大；而IGBT在低频及较大功率场合下表现卓越，其导通电阻小，耐压高。

MOSFET应用于开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变焊机、通信电源等等高频电源领域；IGBT集中应用于焊机、逆变器、变频器、电镀电解电源、超音频感应加热等领域。

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其中，

就有详细讲解MOS管和IGBT的课程