讲解MOS管工作原理及分析.pdf

讲解讲解讲解MOSFET管驱动电路

在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分
人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人
仅仅考虑这些因素。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允许的。

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，非全部原创。包括MOS管的介绍，特性，驱动以及
应用电路。

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，但实际应用的只有增强型
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。

至于为什么不使用耗尽型的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。原因是导通电
阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用
NMOS。下面的介绍中，也多以NMOS为主。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而
是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动
电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。
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），这个二极管很重要。
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。

2，MOS管导通特性

导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，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的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接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，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，
通常还是使用NMOS。

3，MOS开关管损失

不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，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。选择导
通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一
般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。

MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的
电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间
内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损
失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。

导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短
开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单
位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。

4，MOS管驱动

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，普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需要是栅极
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。如果在同一
个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。很多马
达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，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，设计时当然需
要有一定的余量。而且电压越高，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管用在不同的领域里，但在12V汽车电
子系统里，一般4V导通就够用了。

MOS管的驱动电路及其损失，可以参考Microchip公司的AN799
MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs。讲述得很详细，所以不打算
多写了。

5，MOS管应用电路

MOS管最显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用在需要电子
开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。

现在的MOS驱动，有几个特别的需求，

1，低压应用

当使用5V电源，这时候如果使用传统的图腾柱结构，由于三极
管的be有0.7V左右的压降，导致实际最终加在gate上的电压只有
4.3V。这时候，我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就存在一定的
风险。

同样的问题也发生在使用3V或者其他低压电