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N沟道MOS管開關電路-N沟道开关电路损失及发现问题详解-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-07-10 

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MOS管的分類

場效應管按沟道分可分为N沟道和P沟道MOS管(在符号图中可看到中间的箭头方向不一样)。

N沟道MOS管開關電路

按资料可分为结型管和绝缘栅型管,绝缘栅型又分为耗尽型和增强型,一般主板上大多是绝缘栅型管简称MOS管,而且大多选用增强型的N沟道,其次是增强型的P沟道,结型管和耗尽型管简直不用。场效应晶体管简称場效應管.由大都载流子参加导电,也称为单极型晶体管.它归于电压操控型半导体器材.  場效應管是使用大都载流子导电,所以称之为单极型器材,而晶体管是即有大都载流子,也使用少量载流子导电,被称之为双极型器材.    有些場效應管的源极和漏极能够交换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好。


MOS管開關電路

N沟道MOS管開關電路

電路說明:其中,PWM信號爲50HZ方波信號,占空比0.5.HV電壓值爲406.5V,負載接40W燈泡。


N沟道MOS管開關電路发现问题

现在测试负载两端的波形,理想情况下是高电平400V左右,考虑到MOS管内阻 1.5欧姆左右(这款的VDS电压较大,mos管内阻也较大,一般mos管是毫欧级别),低电平为0。但是实际测出来有偏差,如下:

N沟道MOS管開關電路

最高值只有256V,而且一直在跳動。

查了电路应该没问题,后来继续翻看P5NK60Z 芯片的技术参数PDF文档,看到如下图:

N沟道MOS管開關電路

横坐标是VGS电压  纵坐标是ID电流大小 。此图反映的是在施加25V 漏源极电压时候的技术参数图。显然可以看出,此时如果VGS为5V时, ID并没有达到最大状态 也就是不能实现mos管的饱和导通状态,如果没有饱和导通,则MOS管的内阻会相对较大(可以理解为D、S两点之间的阻值),由于分压的作用 D、S间的电压。 如图箭头所示,这两点之间的电压会增大,这就会直接导致负载两端电压被拉低。

所以总结起原因,就是,光耦控制电压,直接输送到门极的电压 5V驱动电压实在是给得太低了,MOS没有饱和导通,根据P5NK60Z芯片资料,这里应该将5V改为10才能保证mos管饱和导通,满足负载电压要求。

N沟道MOS管開關電路损失

不管是N溝道MOS管還是P溝道MOS管,導通後都有導通電阻存在,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗。現在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。MOS在導通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程,流過的電流有一個上升的過程,在這段時間內,MOS管的損失是電壓和電流的乘積,叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多,而且開關頻率越高,損失也越大。導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大。縮短開關時間,可以減小每次導通時的損失;降低開關頻率,可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。


N溝道MOS管驅動

N溝道MOS管驅動跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。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。对电容的充电需要一个电流,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。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。

第二注意的是,普遍用于高端驅動的N溝道MOS管,導通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個系統裏,要得到比VCC大的電壓,就要專門的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵,要注意的是應該選擇合適的外接電容,以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。




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