MOSFET与MOSFET驱动电路原理及利用

　下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资料，非所有原创。包含 MOS管的推选 ，特征，驱动以及运用 电路。　
　　在运用 MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会思虑 MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有许多人仅仅思虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不准许的。
　　1、MOS管种类和结构
　　MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET)，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际运用 的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。右图是这两种MOS管的符号。

至于为什么不运用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。
　　对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原由是导通电阻小且基本 制造。所以开关电源和马达驱动的运用 中，通常都用NMOS。下面的推选 中，也多以NMOS为主。
　　在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载(如马达)，这个二极管很主要。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。下图是MOS管的构造图，通常的原理图中都画成右图所示的样子。　 (栅极保卫用二极管有时不画)


MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，如右图所示。这不是咱们须要的，而是由于制造工艺限定产生的。寄生电容的存在使得在设计或挑选驱动电路的时候要麻烦一些，但没有方法防止，在MOS管的驱动电路设计时再细致推选 。

2、MOS管导通特征
　　导通的意思是作为开关，相当于开关上合。
　　NMOS的特征，Vgs大于必须的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
　　PMOS的特征，Vgs小于必须的值就会导通，运用与源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价钱贵，替换种类少等原由，在高端驱动中，通常还是运用 NMOS。
　　右图是瑞萨2SK3418的Vgs电压和Vds电压的联系图。可以看出小电流时，Vgs达到4V，DS间压降已经很小，可以认为导通。

3、MOS开关管耗损
　　不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，因而在DS间流过电流的同时，两端还会有电压(如2SK3418特征图所示)，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。挑选导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻通常在几十毫欧左右，几毫欧的也有。
　　MOS在导通和截止的时候，必须不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个降低的流程，流过的电流有一个上升的流程，在这段时间内，MOS管的耗损是电压和电流的乘积，叫做开关耗损。通常开关耗损比导通耗损大得多，并且开关频率越快，耗损也越大。
　　下图是MOS管导通时的波形。可以看出，导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的耗损也就很大。降低开关时间，可以减小每次导通时的耗损；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种方法都可以减小开关耗损。

　　4、MOS管驱动
　　跟双极性晶体管相比，通常认为使MOS管导通不须要电流，只要GS电压高于必须的值，就可以了。这个很基本 做到，但是，咱们还须要速度。
　　在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电须要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。挑选 /设计MOS管驱动时第一要留心的是可提供瞬间短路电流的大小。
　　第二留心的是，普遍用于高端驱动的NMOS，导通时须要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同，所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。假如在同一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。许多马达驱动器都集成了电荷泵，要留心的是应该挑选合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
　　上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压，设计时当然须要有必须的余量。并且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的MOS管用在不一样的领域里，但在12V汽车电子系统里，通常 4V导通就够用了。
　　MOS管的驱动电路及其耗损，可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。讲述得很细致，所以不打算多写了。
　　5、MOS管运用 电路
　　MOS管最显著的特征是开关特征好，所以被广泛运用 在须要电子开关的电路中，多见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。这三种运用 在各个领域都有细致的推选 ，这里暂时不多写了。以后有时间再总结。