MOS管分析
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文章目錄
- 一、簡介
- 二、常見的nmos和pmos的原理與區別
- NMOS
- PMOS
- 三、MOS管應用分析
- 1.導通特性
- 2.MOS開關管損失
- 3.MOS管驅動
- 四、MOS應用電路設計
- 下面先了解MOS管的開通/關斷原理，請看下圖：
- NMOS管
- PMOS管
- 五、常見的MOS管型號
一、簡介
MOS管，是MOSFET的縮寫。MOSFET金屬-氧化物半導體場效應晶體管，簡稱金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。
其中，G是柵極，S是源極，D是漏極。
二、常見的nmos和pmos的原理與區別
NMOS
NMOS英文全稱為N-Metal-Oxide-Semiconductor。 意思為N型金屬-氧化物-半導體，而擁有這種結構的晶體管我們稱之為NMOS晶體管。 MOS晶體管有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管構成的集成電路稱為MOS集成電路，由NMOS組成的電路就是NMOS集成電路，由PMOS管組成的電路就是PMOS集成電路，由NMOS和PMOS兩種管子組成的互補MOS電路，即CMOS電路。
PMOS
PMOS是指n型襯底、p溝道，靠空穴的流動運送電流的MOS管。
NMOS和PMOS工作原理
P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低，因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對值相等的情況下，PMOS晶體管的跨導小于N溝道MOS晶體管。此外，P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對值一般偏高，要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性，與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大，充電放電過程長，加之器件跨導小，所以工作速度更低，在NMOS電路（見N溝道金屬—氧化物—半導體集成電路）出現之后，多數已為NMOS電路所取代。只是，因PMOS電路工藝簡單，價格便宜，有些中規模和小規模數字控制電路仍采用PMOS電路技術。
三、MOS管應用分析
1.導通特性
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會導通，適合用于源極接地時的情況（低端驅動），只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導通，適合用于源極接VCC時的情況（高端驅動）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動，但由于導通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是使用NMOS。
2.MOS開關管損失
不管是NMOS還是PMOS，導通后都有導通電阻存在，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。
3.MOS管驅動
跟雙極性晶體管相比，一般認為使MOS管導通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個很容易做到，但是，我們還需要速度。
在MOS管的結構中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅動，實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流，因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。選擇/設計MOS管驅動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。
第二注意的是，普遍用于高端驅動的NMOS，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。如果在同一個系統里，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。
四、MOS應用電路設計
在實際項目中，我們基本都用增強型，分為N溝道和P溝道兩種。
我們常用的是NMOS，因為其導通電阻小，且容易制造。在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管，在驅動感性負載（如馬達），這個二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個的MOS管中存在，在集成電路芯片內部通常是沒有的，需要具體看數據手冊。
了解MOS管的開通/關斷原理你就會發現，使用PMOS做上管、NMOS做下管比較方便。使用PMOS做下管、NMOS做上管的電路設計復雜，一般情況下意義不大，所以很少采用。
下面先了解MOS管的開通/關斷原理，請看下圖：
NMOS管的主回路電流方向為D→S，導通條件為VGS有一定的壓差，一般為510V（G電位比S電位高）；而PMOS管的主回路電流方向為S→D，導通條件為VGS有一定的壓差，一般為-5-10V（S電位比G電位高），下面以導通壓差6V為例。
NMOS管
使用NMOS當下管，S極直接接地（為固定值），只需將G極電壓固定值6V即可導通；若使用NMOS當上管，D極接正電源，而S極的電壓不固定，無法確定控制NMOS導通的G極電壓，因為S極對地的電壓有兩種狀態，MOS管截止時為低電平，導通時接近高電平VCC。當然NMOS也是可以當上管的，只是控制電路復雜，這種情況必須使用隔離電源控制，使用一個PMOS管就能解決的事情一般不會這么干，明顯增加電路難度。
PMOS管
使用PMOS當上管，S極直接接電源VCC，S極電壓固定，只需G極電壓比S極低6V即可導通，使用方便；同理若使用PMOS當下管，D極接地，S極的電壓不固定（0V或VCC），無法確定控制極G極的電壓，使用較麻煩，需采用隔離電壓設計。
我是電子颶風eStorm，一個熱愛電路/RF/微波設計的男孩；歡迎交流，微信號：eStorm22
五、常見的MOS管型號
A2700 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：9A
導通電阻：7.3mΩ
SI4336 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：22A
導通電阻：4.2mΩ
SI4404 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：17A
導通電阻：8mΩ
SI4410 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：10A
導通電阻：14mΩ
SI4420 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：10A
導通電阻：10mΩ
SI4812 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：7.3A
導通電阻：28mΩ
SI9410 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：6.9A
導通電阻：50mΩ
IRF7313 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：6A
導通電阻：29mΩ
IRF7413 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：12A
導通電阻：18mΩ
IRF7477 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：11A
導通電阻：20mΩ
IRF7805Z N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：16A
導通電阻：6.8mΩ
IRF7811 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：11A
導通電阻：12mΩ
IRF7831 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：16A
導通電阻：0.004Ω
IRF7832 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：20A
導通電阻：4mΩ
IRF8113 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：17A
導通電阻：5.6mΩ
TPC8003 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：12A
導通電阻：6mΩ
FDS6688 N型管(貼片)
耐壓：30V
電流：16A
導通電阻：0.006Ω
FDD6688 TO-252貼片
耐壓：30V
電流：84A
導通電阻：5mΩ
A2716 P型管(貼片)
耐壓：30V
電流：7A
導通電阻：11.3mΩ
SI4405 P型管(貼片)
耐壓：30V
電流：17A
導通電阻：7.5mΩ
SI4425 P型管(貼片)
耐壓：30V
電流：9A
導通電阻：19mΩ
SI4435 P型管(貼片)
耐壓：30V
電流：8A
導通電阻：20mΩ
SI4463 P型管(貼片)
耐壓：20V
電流：12.3A
導通電阻：16mΩ
SI9435 P型管(貼片)
耐壓：30V
電流：5.3A
導通電阻：50mΩ
IRF7424 P型管(貼片)
耐壓：30V
電流：8.8A
導通電阻：22mΩ
STM4439A P型管(貼片)
耐壓：30V
電流：14A
導通電阻：18mΩ
FDS6679 P型管(貼片)
耐壓：30V
電流：13A
導通電阻：9mΩ
BUZ111S N型管(直插)
耐壓：55V
電流：80A
導通電阻：8mΩ
5N05 N型管(直插)
耐壓：50V
電流：75A
導通電阻：0.0095Ω
6N60 N型管(直插)
耐壓：600V
電流：5.5A
導通電阻：0.75Ω
50N03L N型管(直插)
耐壓：25V
電流：28A
導通電阻：21mΩ
60N06 N型管(直插)
耐壓：60V
電流：60A
導通電阻：14mΩ
BTS110 N型管(直插)
耐壓：100V
電流：10A
導通電阻：200mΩ
BTS120 N型管(直插)
耐壓：100V
電流：19A
導通電阻：100mΩ
IRF15 0 N型管(鐵殼非直插)
耐壓：100V
電流：40A
導通電阻：55mΩ
IRF1405 N型管(直插)
耐壓：55V
電流：131A
導通電阻：5.3mΩ
IRF2804 N型管(直插)
耐壓：40V
電流：75A
導通電阻：2mΩ
IRF3205 N型管(直插)
耐壓：55V
電流：110A
導通電阻：8mΩ
IRF3703 N型管(直插)
耐壓：30V
電流：210A
導通電阻：2.3mΩ
IRL3803 N型管(直插)
耐壓：30V
電流：140A
導通電阻：6mΩ
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總結
