MOS选型及其参数解析

news2024/12/23 6:53:55

背景：

整理现有常用元器件选型，日后使用时针对性观看，生成列表链接如下：

https://blog.csdn.net/caozhaokun/article/details/126069701

作者：Cayden 时间：2024/05/26

一、MOS选用现状

MOS是电路设计中常用的元器件之一，选型时会发现有很多参数，是不是不知道如何挑选参数，好了，下面我们看看如何正确选择。

二、MOS管主要参数

VDSS：漏源极之间允许的最高电压。

//如果超过这个电压，MOS会处于击穿区，损坏；

ID：漏源极之间允许通过对最大电流。

//如果超过这个极限值，MOS会处于击穿区，损坏；

PD：MOS的漏源极之间的功率最大值。

//如果超过这个极限值，MOS会处于击穿区，损坏；

RDS(on)：MOS管导通时，漏源极之间电阻。

//这个参数越小越好，损耗低，不然MOS管发热烫手，消耗功率高，降低后级使用能量。

VGS(th)：MOS的开启电压。

//VGS≥VGS(th)，DS之间的通道生成，虽然薄，但是能够逐步通电流ID

//该参数是负温度系数，也就是温度上升后，原VGS(th)=1.5V，那么温度上升后，

//VGS(th)=1.2V，会增加误触发可能，可采用电阻分压，也可使用稳压二极管钳位保护。

Ciss：MOS管输入电容。

//因为半导体工艺，生成不可去除的电容。

//Ciss=Cgd+Cgs；/*Ciss=栅漏电容+栅源电容*/

Coss：MOS管的输出电容

//因为半导体工艺，生成不可去除的电容。

//Coss=Cgd+Cds；/*Coss=栅漏电容+漏源电容*/

Crss：米勒电容

//米勒平台的出现，增加了MOS管的功耗；

//米勒平台的出现，还容易引起电路的误触发；

IS：半导体工艺生成的体二极管，能够通过的持续电流最大值150mA。

ISP：半导体工艺生成的体二极管，能够通过的脉冲电流最大值1A。

VSD：半导体工艺生成的体二极管，正向导通电压最高1.2V。

低频跨导gm：在VDS为某一固定数值的条件下，漏极电流的微变量和惹起这个变化的栅源电压微变量之比称为跨导-gm反映了栅源电压对漏极电流的控制才能-是表征MOS管放大才能的一个重要参数-普通在非常之几至几mA/V的范围内

三、温度对参数的影响（MOS管-RK7002）

1、温度升高时，PD功率降低，50℃时，仅为标称的80%；100℃时，仅为标称的40%；

2、温度升高时，VDSS(击穿电压)变高，100℃时上升为标称值的(1+9%)；

3、温度升高时，VGS(th)降低，25℃时2.1V，75℃时为125℃时为1.8V

四、MOS管应用

对于两种增强型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；还有一个原因，NMOS价格相对于PMOS要便宜一些。

1、LED灯-开关使用

关注的参数有 VGS(th)、VDS、IDS

1）栅极G端电压min≥VGS(th) 2.5V＞2.3V

2）VDS电压＞3.3V

3）IDS=3.3-1.8V

作为信号切换，LED点亮，|Vgs|＞|VGS(th) |即可，只要管子导通就行，如下图：

2、电平转换

3、电源切换

电路防反接，可以使用D2，肖特基二极管，导通电压低，0.3V左右；

如果3.3V不接，则BATT电池供电；

如果接3.3V，因为3.3V>3V，肖特基二极管截止，电路由3.3V供电；

但是如果电路中电流大，比如1A，那么D2消耗的功率=0.3V*1A=0.3W；

如果3A呢，那麽P-D2=0.3V*3A=0.9W，肖特基会发热烧坏。

电路中功率消耗的根源上到通电压高，如果导体电压降低呢？MOS的导通电阻小，一般在mΩ级别，那么流过MOS管的电流一定，那么两端的电压就会降低，也就解决了节能降温的设计痛点。

如下图的Q4，就是如此，通过对电流和MOS的IDSS有关，要大于正常通过对电流，如下电路，仅能通过150mA电流，同时，肖特基反向漏电流还算小，RK7002是1uA，损耗较低。

实际产品使用：笔记本的电源隔离，其本质是将适配器电压（+19V）和电池电压（+12V）分隔开来，不让他们直接相通，但又能在拔出任意一种电源时，保证电脑有持续的供电，实现电源无缝切换。

可以分析下面的电路：

4、控制通电时序和隔离前后级电源

Q4控制电压通断，|Vgs|＞|VGS(th) |+5V以上，管子需要饱和导通才行，如下图：

CTRL_3.3V控制引脚，就是时序控制的开关信号；

5、防反接保护

本电路采用的是PMOS管，正向连接，电路可以正常输出到VOUT；如果接反，无法形成回路，也就能保护后级电路。

图-PMOS电路

图-NMOS电路

6、开关电源使用

1、损耗种类

MOS开关管损失

不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样点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NMOS管会减小导通损耗。

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管的损失时电压和电流的乘积，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。

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。

2、损耗计算（导通电阻、导通时间）

待续