前言:
在之前的文章,小编有提到继电器和 MOS 都可以用作 BMS(电池管理系统) 中控制电池充放电的开关。相比继电器,MOS 管在开关应用中具有更快的速度、更小的体积、更低的功耗、更高的可靠性、更少的噪声以及更长的耐用性。MOS 管可以根据导通方式、结构、材料、电流方向和应用进行分类,包括增强型和耗尽型、平面型和垂直型、硅和宽禁带材料、N 沟和 P 沟、以及功率和信号 MOSFET。本文主要围绕 N-MOS & P-MOS 进行介绍,让读者更清楚 MOS 管在做开关时的控制原理及选型要点。
一、N-MOS & P-MOS 的导通截止原理:
G 极(栅极)、 S 极(源极)、 D极(漏极)
NMOS和PMOS晶体管的导通和截止原理主要依赖于它们的栅极电压:
① N-MOS:栅极 G 电压高于源极 S 电压时(如 V(GS)=5V),N-MOS 管导通;而当栅极电压低于源极电压时,N-MOS 管截止。
② P-MOS,栅极电压 G 低于源极 S 电压时(如 V(GS)=-5V),P-MOS 管导通;而当栅极电压高于源极电压时,P-MOS 管截止。
二、N-MOS & P-MOS 做低边开关 or 高边开关?
1、N-MOS 适合用作低边开关
① N-MOS 通常用于低边开关配置:N-MOS 源极 S 连接到地(或负电源),漏极 D 连接到负载的负端。当 N-MOS 导通时,它将负载的负端与地连接,从而使电流流过负载。
② N-MOS 也可以用于高边开关,但实现起来较复杂,因为需要使栅极 G 电压高于源极 S 电压,以便打开 MOS。
通常需要使用额外的电路(例如栅极驱动电路或自举电路)来产生足够的栅极电压。
2、P-MOS 适合用作高边开关
① P-MOS 通常用于高边开关配置:P-MOS 源极 S 连接到正电源,漏极 D 连接到负载的正端。当 P-MOS 导通时,它将负载的正端与正电源连接,从而允许电流流过负载。
② P-MOS 不常用于低边开关配置,因为在低边配置中,它的栅极电压需要低于源极电压才能打开 MOSFET,这样在实际操作中比较困难。
三、MOSFET 选型要点:
MOS 管是一种电压驱动型开关功率器件,一般对 MOS 选型时主要关注其耐压值、耐流值、耐温值、开关损耗等参数。下表出了典型 MOS 管 Datasheet 中一些需要关注的参数及其意义:
Symbol |
Definition |
Meaning |
I_D |
最大漏极电流 |
原则是控制器中流过的最大电流不能超过 MOS 的漏电流极限值,否则会击穿 MOS,且这一参数会随温度变化。 |
V_DSS |
最大漏源极电压 |
与漏电流一样,这个倍数并非完全遵循,实际设计中有很大弹性。原则是保证系统出现的最大电压不会使 MOS 管击穿。 |
V_(GS(th)) |
阈值栅极电压 |
高于阈值栅极电压,MOS 管将被开通。阈值栅极电压(开通电压)这一参数与驱动芯片选型有很强的关联性,选择驱动芯片是必须提供能使 MOS 管开通的栅极电压。这一参数在参数表上有最大值和最小值,可以理解为,达到最小值 MOS 管已经开始开通,达到最大值时 MOS 管完全开通。 |
R_DS |
导通电阻 |
MOS 管导通时漏极和源极之间的电阻。 |
Q_g |
栅极电荷 |
主要涉及栅极驱动电流计算。影响 MOSFET 导通和关断过程的速度。较大的 Q_g 需要更多的源电流以实现快速开关。 --MOSFET 驱动电流计算的关键参数,决定了栅极充电和放电所需的电流 |
Q_rr |
反向恢复电荷 |
主要涉及关断过程的二极管或 MOSFET 的恢复特性。影响开关损耗和效率,特别是在高频开关应用中。 |
--影响关断过程中的能量损耗和开关效率
在 MOS 管的实际应用中, 需注意栅极驱动电压、散热、开关频率、电流和电压额定值、静电放电保护以及驱动电流,以确保其可靠性和性能。
以上给读者总结了在参考芯片选型手册时的相关 Feature,具体的应用需综合考虑,欢迎大家在评论区一起交流在做 MOS 管设计时都有遇到什么问题。
下期博文再会~
评论