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在使用MOS管设计(ji)开关电(dian)(dian)(dian)源或者马达驱动电(dian)(dian)(dian)路(lu)的时候，大(da)部分(fen)人(ren)都会考虑(lv)(lv)MOS的导通电(dian)(dian)(dian)阻(zu)，最(zui)大(da)电(dian)(dian)(dian)压(ya)等，最(zui)大(da)电(dian)(dian)(dian)流等，也(ye)有很多人(ren)仅仅考虑(lv)(lv)这些因素。这样的电(dian)(dian)(dian)路(lu)也(ye)许是可(ke)以工(gong)作(zuo)的，但并不是优秀的，作(zuo)为正(zheng)式的产品设计(ji)也(ye)是不允许的。

1、MOS管种类和结构

MOSFET管是(shi)FET的(de)一种(另一种是(shi)JFET)，可以(yi)被制造成增(zeng)强型(xing)或(huo)耗尽型(xing)，P沟道(dao)或(huo)N沟道(dao)共4种类型(xing)，但实际应用的(de)只有(you)增(zeng)强型(xing)的(de)N沟道(dao)MOS管和增(zeng)强型(xing)的(de)P沟道(dao)MOS管，所以(yi)通常提到NMOS，或(huo)者PMOS指的(de)就是(shi)这两种。

至于为(wei)什(shen)么不(bu)使(shi)用耗尽型(xing)的MOS管，不(bu)建议(yi)刨根问底。

对于(yu)这两(liang)种增强型MOS管，比(bi)较常用(yong)(yong)的(de)是(shi)(shi)NMOS。原因是(shi)(shi)导通电阻(zu)小，且容易制造(zao)。所以开(kai)关电源(yuan)和马达驱动的(de)应(ying)用(yong)(yong)中，一般都用(yong)(yong)NMOS。下(xia)面(mian)的(de)介绍中，也多以NMOS为主。

MOS管的(de)三(san)个管脚之间有寄(ji)生电容存在(zai)，这(zhei)不是我们需要的(de)，而是由于制造工艺(yi)限制产生的(de)。寄(ji)生电容的(de)存在(zai)使得在(zai)设计(ji)或(huo)选择驱动电路的(de)时候要麻烦一(yi)些，但没有办(ban)法(fa)避免，后(hou)边再详细介绍。

在MOS管(guan)原理图上可以看到，漏极和源(yuan)极之(zhi)间(jian)有(you)(you)一(yi)个(ge)寄生二极管(guan)。这个(ge)叫体(ti)二极管(guan)，在驱(qu)动感性负载(如马达)，这个(ge)二极管(guan)很重要。顺便说一(yi)句(ju)，体(ti)二极管(guan)只(zhi)在单个(ge)的MOS管(guan)中存在，在集成电路芯片内部通常是没有(you)(you)的。

2、MOS管导通特性

导通的(de)意思是作为开关(guan)，相当(dang)于开关(guan)闭合。

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用(yong)于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电(dian)压达(da)到4V或10V就可(ke)以了。

PMOS的(de)特性，Vgs小于(yu)一(yi)定(ding)的(de)值就(jiu)会导通，适合用(yong)(yong)于(yu)源(yuan)极接VCC时的(de)情况(高(gao)端驱动)。但是(shi)，虽然PMOS可(ke)以很方便(bian)地用(yong)(yong)作高(gao)端驱动，但由(you)于(yu)导通电(dian)阻大，价格(ge)贵，替换种类少等原因，在高(gao)端驱动中(zhong)，通常还是(shi)使(shi)用(yong)(yong)NMOS。

3、MOS开关管损失

不管是NMOS还是PMOS，导通(tong)(tong)后都有(you)导通(tong)(tong)电(dian)(dian)阻(zu)存在(zai)，这(zhei)样电(dian)(dian)流就会(hui)在(zai)这(zhei)个电(dian)(dian)阻(zu)上(shang)消(xiao)耗(hao)能量，这(zhei)部分消(xiao)耗(hao)的能量叫做导通(tong)(tong)损耗(hao)。选择导通(tong)(tong)电(dian)(dian)阻(zu)小的MOS管会(hui)减小导通(tong)(tong)损耗(hao)。现在(zai)的小功率(lv)MOS管导通(tong)(tong)电(dian)(dian)阻(zu)一般在(zai)几十毫欧左(zuo)右，几毫欧的也有(you)。

MOS在导通(tong)和(he)截止的(de)(de)时候(hou)，一(yi)(yi)定不是在瞬间(jian)完成的(de)(de)。MOS两端的(de)(de)电压有一(yi)(yi)个下(xia)降的(de)(de)过程，流(liu)过的(de)(de)电流(liu)有一(yi)(yi)个上升的(de)(de)过程，在这段时间(jian)内，MOS管的(de)(de)损(sun)失(shi)是电压和(he)电流(liu)的(de)(de)乘积，叫做(zuo)开关损(sun)失(shi)。通(tong)常开关损(sun)失(shi)比导通(tong)损(sun)失(shi)大得多(duo)，而且开关频率越快(kuai)，损(sun)失(shi)也越大。

导(dao)通(tong)瞬间(jian)电(dian)压和电(dian)流的(de)乘积很大，造(zao)成的(de)损(sun)失也(ye)就很大。缩短开关(guan)时间(jian)，可以减(jian)小(xiao)(xiao)每次导(dao)通(tong)时的(de)损(sun)失;降低开关(guan)频率，可以减(jian)小(xiao)(xiao)单位时间(jian)内的(de)开关(guan)次数。这两种(zhong)办法都可以减(jian)小(xiao)(xiao)开关(guan)损(sun)失。

4、MOS管驱动

 跟双极性晶体(ti)管(guan)相比，一般认(ren)为使MOS管(guan)导(dao)通(tong)不需要(yao)(yao)电(dian)流(liu)，只要(yao)(yao)GS电(dian)压高于一定的(de)值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要(yao)(yao)速(su)度。

在MOS管的(de)结构中可以(yi)看(kan)到(dao)，在GS，GD之间(jian)存在寄生电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)，而MOS管的(de)驱动，实际上就是对电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)充(chong)放(fang)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。对电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)充(chong)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)需要(yao)一(yi)个电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流，因(yin)为对电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)充(chong)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)瞬间(jian)可以(yi)把(ba)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)看(kan)成短(duan)路，所以(yi)瞬间(jian)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流会(hui)比较大(da)。选择/设计MOS管驱动时第(di)一(yi)要(yao)注意的(de)是可提供(gong)瞬间(jian)短(duan)路电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流的(de)大(da)小。

第二注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)(shi)，普遍用于高端(duan)驱(qu)动的(de)NMOS，导通时(shi)需要(yao)是(shi)(shi)栅(zha)(zha)极电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)大(da)于源极电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)。而高端(duan)驱(qu)动的(de)MOS管导通时(shi)源极电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)与(yu)漏极电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)(VCC)相同(tong)，所以(yi)这(zhei)时(shi)栅(zha)(zha)极电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)要(yao)比VCC大(da)4V或10V。如(ru)果在同(tong)一个系统里，要(yao)得到(dao)比VCC大(da)的(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，就要(yao)专门的(de)升压(ya)(ya)(ya)电(dian)(dian)(dian)路了。很多马达驱(qu)动器(qi)都(dou)集成了电(dian)(dian)(dian)荷泵，要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)(shi)应(ying)该(gai)选择合适(shi)的(de)外接电(dian)(dian)(dian)容，以(yi)得到(dao)足够(gou)的(de)短(duan)路电(dian)(dian)(dian)流(liu)去(qu)驱(qu)动MOS管。

上边说的(de)(de)(de)4V或10V是常用的(de)(de)(de)MOS管的(de)(de)(de)导(dao)通(tong)电(dian)(dian)压，设计时当然需要有(you)一定的(de)(de)(de)余量。而且电(dian)(dian)压越(yue)(yue)高，导(dao)通(tong)速度越(yue)(yue)快，导(dao)通(tong)电(dian)(dian)阻也越(yue)(yue)小(xiao)。现在(zai)也有(you)导(dao)通(tong)电(dian)(dian)压更小(xiao)的(de)(de)(de)MOS管用在(zai)不同的(de)(de)(de)领域里，但在(zai)12V汽(qi)车电(dian)(dian)子系统(tong)里，一般4V导(dao)通(tong)就够(gou)用了。

5、MOS管应用电路

MOS管最显著(zhu)的特性是开关(guan)特性好，所以被广泛应(ying)用(yong)在需要(yao)电(dian)子开关(guan)的电(dian)路(lu)中，常见(jian)的如开关(guan)电(dian)源和马达驱动(dong)，也(ye)有(you)照明调(diao)光。

五种常用开关电源MOSFET驱动电路解析

在使(shi)用(yong)MOSFET设计开关(guan)电(dian)源(yuan)时(shi)，大部分人都会考虑(lv)MOSFET的(de)导通电(dian)阻、最(zui)大电(dian)压、最(zui)大电(dian)流。但很(hen)多时(shi)候也仅仅考虑(lv)了这些(xie)因(yin)素，这样的(de)电(dian)路(lu)也许可以正常工(gong)作，但并不是一个好的(de)设计方案。更细致的(de)，MOSFET还应(ying)考虑(lv)本身(shen)寄生的(de)参数(shu)。对一个确定的(de)MOSFET，其驱动(dong)(dong)电(dian)路(lu)，驱动(dong)(dong)脚输(shu)出的(de)峰值电(dian)流，上升速(su)率等，都会影响(xiang)MOSFET的(de)开关(guan)性能。

当(dang)电源(yuan)IC与MOS管(guan)选定之后， 选择合适(shi)的驱动电路(lu)来连(lian)接电源(yuan)IC与MOS管(guan)就显得(de)尤(you)其重要了。

一个好的MOSFET驱动电路有以下几点要求：

(1)开(kai)(kai)关管(guan)(guan)开(kai)(kai)通(tong)瞬时(shi)，驱动(dong)电(dian)(dian)路应能提(ti)供足够大的充(chong)电(dian)(dian)电(dian)(dian)流使MOSFET栅源极间电(dian)(dian)压迅速上升到(dao)所需(xu)值，保证开(kai)(kai)关管(guan)(guan)能快速开(kai)(kai)通(tong)且(qie)不(bu)存在上升沿的高频振荡(dang)。

(2)开(kai)关导(dao)通期间驱动电路(lu)能保证MOSFET栅源极间电压保持稳(wen)定且可靠导(dao)通。

 (3)关断瞬间驱动电路能提供(gong)一个尽(jin)可(ke)能低阻(zu)抗的(de)通(tong)路供(gong)MOSFET栅源极间电容电压的(de)快速泄放，保证开关管能快速关断。

(4)驱动电路结构简单(dan)可靠、损(sun)耗小。

(5)根据情况施加隔离。

下面介绍几个(ge)模块电源(yuan)中常(chang)用的MOSFET驱动(dong)电路。

1：电源IC直接驱动MOSFET

图 1 IC直接驱动MOSFET

电源(yuan)IC直接(jie)驱(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)动(dong)是(shi)我(wo)们最常用(yong)的(de)驱(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)动(dong)方式，同(tong)时也是(shi)最简单(dan)的(de)驱(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)动(dong)方式，使用(yong)这种(zhong)驱(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)动(dong)方式，应该注意几(ji)个参数以(yi)及这些参数的(de)影响。第(di)一，查看一下(xia)电源(yuan)IC手册(ce)，其最大驱(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)动(dong)峰值(zhi)(zhi)电流，因为不同(tong)芯片，驱(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)动(dong)能(neng)(neng)(neng)力(li)很多时候(hou)是(shi)不一样的(de)。第(di)二，了解一下(xia)MOSFET的(de)寄(ji)生(sheng)电容(rong)，如(ru)图 1中(zhong)C1、C2的(de)值(zhi)(zhi)。如(ru)果C1、C2的(de)值(zhi)(zhi)比(bi)较大，MOS管导通(tong)的(de)需要(yao)的(de)能(neng)(neng)(neng)量就(jiu)比(bi)较大，如(ru)果电源(yuan)IC没有比(bi)较大的(de)驱(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)动(dong)峰值(zhi)(zhi)电流，那么(me)管子导通(tong)的(de)速度就(jiu)比(bi)较慢(man)。如(ru)果驱(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)动(dong)能(neng)(neng)(neng)力(li)不足，上升沿可能(neng)(neng)(neng)出现高频振荡(dang)，即使把图 1中(zhong)Rg减(jian)小(xiao)(xiao)，也不能(neng)(neng)(neng)解决问题! IC驱(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)动(dong)能(neng)(neng)(neng)力(li)、MOS寄(ji)生(sheng)电容(rong)大小(xiao)(xiao)、MOS管开(kai)关速度等因素，都影响驱(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)动(dong)电阻(zu)阻(zu)值(zhi)(zhi)的(de)选择，所以(yi)Rg并不能(neng)(neng)(neng)无限减(jian)小(xiao)(xiao)。

2：电源IC驱动能力不足时

如(ru)果选择MOS管寄生(sheng)电(dian)容比较(jiao)大，电(dian)源IC内部的驱动能力(li)又不足时(shi)，需要(yao)在驱动电(dian)路(lu)(lu)上增强驱动能力(li)，常使用图腾(teng)柱电(dian)路(lu)(lu)增加电(dian)源IC驱动能力(li)，其电(dian)路(lu)(lu)如(ru)图 2虚线框(kuang)所示。

图(tu) 2 图(tu)腾(teng)柱驱动MOS

这种驱动电路(lu)作用在于，提升电流提供能(neng)(neng)力，迅速完成(cheng)对于栅(zha)极输入电容电荷的充电过程。这种拓扑增加(jia)了导通(tong)所需(xu)要的时(shi)间，但是减少了关(guan)断时(shi)间，开关(guan)管能(neng)(neng)快(kuai)速开通(tong)且避免上升沿(yan)的高频振(zhen)荡。

3：驱动电路加速MOS管关断时间

图 3 加速MOS关(guan)断

关断瞬间驱(qu)动电路能提(ti)供一个尽(jin)可(ke)能低阻(zu)(zu)抗的通(tong)路供MOSFET栅源极(ji)(ji)间电容电压快(kuai)(kuai)速泄放，保(bao)证开关管(guan)能快(kuai)(kuai)速关断。为(wei)使(shi)栅源极(ji)(ji)间电容电压的快(kuai)(kuai)速泄放，常(chang)在驱(qu)动电阻(zu)(zu)上并(bing)联一个电阻(zu)(zu)和(he)一个二极(ji)(ji)管(guan)，如图(tu) 3所示，其中D1常(chang)用的是(shi)快(kuai)(kuai)恢(hui)复二极(ji)(ji)管(guan)。这使(shi)关断时间减小(xiao)，同时减小(xiao)关断时的损耗。Rg2是(shi)防止关断的时电流过(guo)大，把电源IC给烧(shao)掉(diao)。

图 4 改进型加(jia)速MOS关断

在(zai)第二(er)点介绍(shao)的图腾柱电(dian)路(lu)也有(you)加(jia)快关断作用(yong)。当(dang)(dang)电(dian)源IC的驱动能力足(zu)够(gou)时(shi)(shi)，对(dui)图 2中电(dian)路(lu)改进可(ke)以加(jia)速MOS管(guan)关断时(shi)(shi)间，得到(dao)如(ru)图 4所示电(dian)路(lu)。用(yong)三极(ji)管(guan)来(lai)泄放栅(zha)源极(ji)间电(dian)容(rong)电(dian)压是比较常见的。如(ru)果Q1的发射极(ji)没有(you)电(dian)阻，当(dang)(dang)PNP三极(ji)管(guan)导通时(shi)(shi)，栅(zha)源极(ji)间电(dian)容(rong)短接(jie)，达到(dao)最短时(shi)(shi)间内把(ba)电(dian)荷(he)放完，最大限度(du)减(jian)小关断时(shi)(shi)的交叉(cha)损耗。与图 3拓扑相比较，还有(you)一个好处，就是栅(zha)源极(ji)间电(dian)容(rong)上的电(dian)荷(he)泄放时(shi)(shi)电(dian)流不(bu)经过电(dian)源IC，提(ti)高(gao)了可(ke)靠性。

4：驱动电路加速MOS管关断时间

图(tu) 5 隔离驱动

为(wei)(wei)了满(man)足(zu)如图 5所示高端MOS管的驱(qu)动，经常会采用(yong)变(bian)压器(qi)驱(qu)动，有时为(wei)(wei)了满(man)足(zu)安全隔(ge)离也使(shi)用(yong)变(bian)压器(qi)驱(qu)动。其中R1目的是抑制PCB板上寄生(sheng)的电(dian)感(gan)与C1形成LC振荡(dang)，C1的目的是隔(ge)开直流，通(tong)过交流，同时也能防止磁芯饱和(he)。

5：当源极输出为高电压时的驱动

当源(yuan)极(ji)输出为高电压的(de)(de)情况时，我们需要(yao)采用偏置电路(lu)达到(dao)电路(lu)工作(zuo)的(de)(de)目的(de)(de)，既我们以源(yuan)极(ji)为参考(kao)点，搭建偏置电路(lu)，驱(qu)动电压在两个电压之间波(bo)动，驱(qu)动电压偏差由(you)低电压提供，如下图6所示。

图6 源(yuan)极输出为高电压时的驱动电路(lu)

除了以上驱动(dong)电路之外，还(hai)有(you)很多其它形式(shi)的(de)(de)驱动(dong)电路。对于(yu)各种各样的(de)(de)驱动(dong)电路并没有(you)一(yi)种驱动(dong)电路是最(zui)好的(de)(de)，只有(you)结合具体(ti)应用，选择最(zui)合适的(de)(de)驱动(dong)。

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