❤MOS管即场效应管(MOSFET),属于压控型,是一种运用非常广泛的功率型开关元件,在开关电源、逆变器、直流电机驱动器等设备中很常见,是电力电子的核心元件。
❤MOS管有N沟道和P沟道之分,N沟道相称于NPN的三极管;P沟道相称于PNP的三极管。实际设计及运用中,N沟道MOS管占绝大多数,以是下面以N沟道MOS管为例进行讲解(如图1中Q3,栅极-G;漏极-D;源极-S)。
❤MOS管的利用常日可以分为两种环境:

①参与普通的逻辑掌握,和三极管一样作为开关管利用,电流可达数安培,如图1为MOS管驱动直流电机电路。R6下拉电阻是必须的(取值一样平常10--20k),事理和NPN三极管下拉电阻一样;事理拜会文章《三极管的“非教科书式”解析,什么正偏、反偏都统统滚蛋!
》。
此类运用的MOS管Vgs电压大于门槛电压4.5V(又叫平台电压)即可正常利用。小功率的逻辑掌握本人还是选择利用三极管。
图1:逻辑掌握MOS管
②参与PWM掌握,例如文章《直流电机PWM调速器如何设计》;桥式驱动电路以及开关电源电路等运用广泛。
如图2为有刷直流电机桥式驱动电路,G1、G2、G3、G4为推挽PWM掌握,VS1、VS2接电机,可实现大功率直流电机调速,正反转掌握。此类运用的MOS管Vgs电压大于10V,常日利用12V(为担保导通深度,PWM的幅值为12V)。且G极的电阻必须是小电阻常日取4.7--100Ω,与电阻并联一个反向二极管,目的是担保MOS管的关断速率比导通速率快,防止上桥与下桥直通短路。
图2:有刷直流电机桥式驱动电路
❤彻底理解MOS管,我们应从以下两点入手:
①什么是米勒效应,米勒效应下为什么会有Vgs平台电压;
②MOS管的开关损耗、导通损耗、续流损耗。
如图3所示,G极与D极存在极间电容Cgd,G极与S极存在极间电容Cgs,当G极有高电平旗子暗记时,电容Cgs充电到门槛电压4.5V时,DS极开始导通,D极电平低落趋近于0V,此过程电容Cgd开始充电,使G极电压在短韶光内保持在4.5V,这便是米勒效应。
图3:米勒效应测试事理图
该门槛电压Vgs便是MOS管的平台电压;该平台电压的在MOS管开通和关断期间都存在,其宽度与G极电阻有直接的关系。
如图4为G极电阻为10Ω时MOS管开通的波形,赤色代表Vgs的电压波形,蓝色代表Vds的电压波形。平台电压的宽度很窄(黄色箭头),在平台电压下DS极间是变阻区,Vds很窄(绿色箭头)。
图4:G极电阻为10Ω,Vgs与Vds波形(开通)
如图5为G极电阻为100Ω时MOS管开通的波形,平台电压的宽度变宽明显(黄色箭头),在平台电压下DS极间是变阻区,Vds变缓(绿色箭头)。
图5:G极电阻为100Ω,Vgs与Vds波形(开通)
如图6为G极电阻为200Ω时MOS管开通的波形,平台电压的宽度变宽更明显(黄色箭头),在平台电压下DS极间是变阻区,Vds变缓更大(绿色箭头)。
图6:G极电阻为200Ω,Vgs与Vds波形(开通)
如图7为G极电阻为200Ω时MOS管关断的波形,同样有平台电压的存在。
图7:Vgs与Vds波形(关断)
❤MOS管的损耗意味着发热,要使MOS管正常事情,必须理解各种损耗。如图8:
开关损耗分为MOS管的开通损耗和关断损耗,G极电阻的大小决定了开通和关断的速率,该电阻越大开关损耗越大;
导通损耗取决于DS极间导通后的等效电阻Rds(on),该电阻越大导通损耗越大;
续流损耗指的是S极到D极间的正向二极管的损耗,该损耗常日不考虑(本文略)。
图8:MOS管的紧张损耗
❤如图9,对MOS管的选型,紧张参数都会在前面直接给出(红框内),DS极耐压(Vdss)常日选择事情电压的1.5--2倍;漏极电流(Id)常日选择事情电流的5--10倍;Rds(on)只管即便越小越好。其余G极的Vgs电压范围是±20V以内,险些所有的MOS管都如此。
图9:MOS管参数
以是,MOS管的开关损耗跟设计有直接的关系,缩短导通和关断韶光可有效降落开关损耗;末了,驱动MOS管的推挽电路很多都已集成在驱动芯片内部,输出能力很强,常日电流可达1A。
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