MOS管的知识

Posted 2021-05-17 perseverance52

MOS管的知识

场效应管分类

• 场效应管分为结型（JFET）和金属-氧化物-半导体型（MOSFET）两种类型。
  – JFET的英文全称是 Junction Field-Effect Transistor，也分为N沟道和P沟道两种，在实际中几乎不用。
  – 英文全称是 Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，应用广泛，MOSFET一般称MOS管。

• MOSFET有增强型和耗尽型两大类，增强型和耗尽型每一类下面都有NMOS和PMOS。

增强型MOS管的英文为 Enhancement MOS或者EMOS，耗尽型MOS管的英文为 Depletion MOS或者DMOS。

一般主板上使用最多的是增强型MOS管，NMOS最多，一般多用在信号控制上，其次是PMOS，多用在电源开关等方面，耗尽型几乎不用。

N和P区分

寄生二极管

由于生产工艺，一般的MOS管会有一个 寄生二极管，有的也叫 体二极管。

红色标注的为体二极管

从上图可以看出NMOS和PMOS寄生二极管方向不一样，NMOS是由S极→D极，PMOS是由D极→S极。

寄生二极管和普通二极管一样，正接会导通，反接截止，对于NMOS，当S极接正，D极接负，寄生二极管会导通，反之截止；对于PMOS管，当D极接正，S极接负，寄生二极管导通，反之截止。

某些应用场合，也会选择走体二极管，以降低DS之间的压降（体二极管的压降是比MOS的导通压降大很多的），同时也要关注体二极管的过电流能力。

当满足MOS管的导通条件时，MOS管的D极和S极会导通，这个时候体二极管是截止状态，因为MOS管的导通内阻极小，一般mΩ级别，流过1A级别的电流，也才mV级别，所以D极和S极之间的导通压降很小，不足以使寄生二极管导通，这点需要特别注意。

导通条件

• STP75NF75数据
  

VGS表示栅极与源极之间所能施加的最大电压值。
VDS表示漏极与源极之间所能施加的最大电压值。
VDS/TJ表示的是漏源击穿电压的温度系数，正温度系数，其值越小，表明稳定性越好
VGS(th)表示的是MOS的开启电压(阀值电压)，对于NMOS，当外加栅极控制电压 VGS超过 VGS(th) 时，NMOS就会导通。
RDS(ON)表示MOS的导通电阻，一般来说导通电阻越小越好，其决定MOS的导通损耗，导通电阻越大损耗越大，MOS温升也越高，在大功率电源中，导通损耗会占MOS整个损耗中较大的比例

• MOS管是压控型，导通由G和S极之间压差决定。

• 对NMOS来说，Vg-Vs>Vgs(th)，即G极和S极的压差大于一定值，MOS管会导通，但是也不能大太多，否则烧坏MOS管，开启电压和其他参数可以看具体器件的SPEC。

• 对PMOS来说，Vs-Vg>Vgs(th)，即S极和G极的压差大于一定值，MOS管会导通，同样的，具体参数看器件的SPEC。

基本开关电路

• 当GPIO_CTRL电压小于MOS管开启电压时，MOS管截止，OUT通过R1上拉到5V，OUT=5V。

• 当GPIO_CTRL电压大于MOS管开启电压时，MOS管导通，D极电压等于S极电压，即OUT=0V。
  
  PMOS管开关电路

PMOS管最常用在电源开关电路中，下图所示，当GPIO_CRTL=0V时，S和G极压差大于MOS管开启电压时，MOS管导通，5V_VOUT=5V_VIN。

与三极管的区别

• 三极管是电流控制，MOS管是电压控制，主要有如下的区别：

1，只容许从信号源取少量电流的情况下，选用MOS管；在信号电压较低，有容许从信号源取较多电流的条件下，选用三极管。

2，MOS管是单极性器件（靠一种多数载流子导电），三极管是双极性器件（既有多数载流子，也要少数载流子导电）。

3，有些MOS管的源极和漏极可以互换运用，栅极也可正可负，灵活性比三极管好。

4，MOS管应用普遍，可以在很小电流和很低电压下工作。

5，MOS管输入阻抗大，低噪声，MOS管较贵，三极管的损耗大。

6，MOS管常用来作为电源开关，以及大电流开关电路、高频高速电路中，三极管常用来数字电路开关控制。

G和S极串联电阻的作用

MOS管的输入阻抗很大，容易受到外界信号的干扰，只要少量的静电，就能使G-S极间等效电容两端产生很高的电压，如果不及时把静电释放掉，两端的高压容易使MOS管产生误动作，甚至有可能击穿G-S极， 起到一个固定电平的作用

G极串联电阻的作用

MOS管是压控型，有的情况下，为什么还需要在G极串联一个电阻呢？

1，减缓Rds从无穷大到Rds(on)。
2，防止震荡，一般单片机的I/O输出口都会带点杂散电感，在电压突变的情况下，可能与栅极电容形成LC震荡，串联电阻可以增大阻尼减小震荡效果。
3，减小栅极充电峰值电流。
4. 为了加快MOS管的关断还可以在栅源之间并联一个10K电阻或在栅极串联电阻上反向并联一个二极管.

选型要点

1.电压值

关注Vds最大导通电压和Vgs最大耐压，实际使用中，不能超过这个值，否则MOS管会损坏。

关注导通电压Vgs(th)，一般MOS管都是用单片机进行控制，根据单片机GPIO的电平来选择合适导通阈值的MOS管，并且尽量留有一定的余量，以确保MOS可以正常开关。

2.电流值

关注ID电流，这个值代表了PMOS管的能流过多大电流，反应带负载的能力，超过这个值，MOS管也会损坏。

3.功率损耗

功率损耗需要关注以下几个参数，包括热阻、温度。热阻指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值，单位是℃/W或者是K/W，热阻的公式为ThetaJA = (Tj-Ta)/P，和功率和环境温度都有关系。

4.导通内阻

导通内阻关注PMOS的Rds(on)参数，导通内阻越小，PMOS管的损耗越小，一般PMOS管的导通内阻都是在mΩ级别。

5.开关时间
MOS作为开关器件，就会有开关时间概念，在高速电路中，尽可能选择输入、输出电容Ciss&Coss小、开关时间Ton&Toff短的MOS管，以保证数据通信正常。