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世纪娱乐注册注册开户

2020-05-26
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    什么是海立方赌博?它有什么作用?海立方赌博可以说是工程师最熟悉的 海立方赌博之一,不过海立方赌博我们天天见,但是不乏一些刚入行的工程师、甚至是少数行业老手对于MOS的基础理论的掌握不是很牢固,所以专门写一篇文章为大家总结一下MOS的海立方赌博和基础知识。

    一般来说,普遍用于高端驱动的 MOS,导通时需要是栅极电压大于海立方赌博,而高端驱动的 MOS 管导通时海立方赌博与漏极电压(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。

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    MOS 管是电压驱动,按理说只要栅极电压到到开启电压就能导通 DS,栅极串多大电阻均能导通。但如果要求开关频率较高时,栅对地或 VCC 可以看做是一个电容,对于一个电容来说,串的电阻越大,栅极达到导通电压时间越长,MOS 处于半导通状态时间也越长,在半导通状态内阻较大,发热也会增大,极易损坏 MOS,所以高频时栅极栅极串的电阻不但要小,一般要加前置驱动电路的。

    下面我们先来了解一下

    MOS 管开关的基础知识

    No.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。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。

    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 管的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。

    No.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。

    No.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。

    No.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 和 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。

    而在进行 MOSFET 的选择时,因为 MOSFET 有两大类型:N 沟道和 P 沟道。在功率系统中,MOSFET 可被看成电气开关。当在 N 沟道 MOSFET 的栅极和源极间加上正电压时,其开关导通。导通时,电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻,称为导通电阻 RDS(ON)。

    必须清楚 MOSFET 的栅极是个高阻抗端,因此,总是要在栅极加上一个电压,这就是后面介绍电路图中栅极所接电阻至地。如果栅极为悬空,海立方赌博将不能按设计意图工作,并可能在不恰当的时刻导通或关闭,导致系统产生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电压为零时,开关关闭,而电流停止通过海立方赌博。虽然这时海立方赌博已经关闭,但仍然有微小电流存在,这称之为漏电流,即 IDSS。

    第一步:选用 N 沟道还是 P 沟道

    为设计选择正确海立方赌博的第一步是决定采用 N 沟道还是 P 沟道 MOSFET。在典型的功率应用中,当一个 MOSFET 接地,而负载连接到干线电压上时,该 MOSFET 就构成了低压侧开关。在低压侧开关中,应采用 N 沟道 MOSFET,这是出于对关闭或导通海立方赌博所需电压的考虑。

    当 MOSFET 连接到总线及负载接地时,就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用 P 沟道 MOSFET,这也是出于对电压驱动的考虑。

    第二步:确定额定电流

    第二步是选择 MOSFET 的额定电流,视电路结构而定,该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似,设计人员必须确保所选的 MOSFET 能承受这个额定电流,即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。

    在连续导通模式下,MOSFET 处于稳态,此时电流连续通过海立方赌博。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过海立方赌博,一旦确定了这些条件下的最大电流,只需直接选择能承受这个最大电流的海立方赌博便可。

    选好额定电流后,还必须计算导通损耗。在实际情况下,MOSFET 并不是理想的海立方赌博,因为在导电过程中会有电能损耗,这称之为导通损耗。MOSFET 在“导通”时就像一个可变电阻,由海立方赌博的 RDS(ON)所确定,并随温度而显着变化。

    海立方赌博的功率耗损可由 Iload2×RDS(ON)计算,由于导通电阻随温度变化,因此功率耗损也会随之按比例变化。对 MOSFET 施加的电压 VGS 越高,RDS(ON)就会越小,反之 RDS(ON)就会越高。

    对系统设计人员来说,这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说,采用较低的电压比较容易(较为普遍),而对于工业设计,可采用较高的电压。注意 RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升,关于 RDS(ON)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。

    第三步:确定热要求

    选择 MOSFET 的下一步是计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况,即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果,因为这个结果提供更大的安全余量,能确保系统不会失效。在 MOSFET 的资料表上还有一些需要注意的测量数据,比如封装海立方赌博的半导体结与环境之间的热阻,以及最大的结温。

    海立方赌博的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散]),根据这个方程可解出系统的最大功率耗散,即按定义相等于 I2×RDS(ON)。由于设计人员已确定将要通过海立方赌博的最大电流,因此可以计算出不同温度下的 RDS(ON)。值得注意的是,在处理简单热模型时,设计人员还必须考虑半导体结 / 海立方赌博外壳及外壳 / 环境的热容量,即要求印刷电路板和封装不会立即升温。

    通常,一个 PMOS 管,会有寄生的二极管存在,该二极管的作用是防止源漏端反接,对于 PMOS 而言,比起 NMOS 的优势在于它的开启电压可以为 0,而 DS 电压之间电压相差不大,而 NMOS 的导通条件要求 VGS 要大于阈值,这将导致控制电压必然大于所需的电压,会出现不必要的麻烦。

    选用 PMOS 作为控制开关,有下面两种应用:

    1

    由 PMOS 来进行电压的选择,当 V8V 存在时,此时电压全部由 V8V 提供,将 PMOS 关闭,VBAT 不提供电压给 VSIN,而当 V8V 为低时,VSIN 由 8V 供电。注意 R120 的接地,该电阻能将栅极电压稳定地拉低,确保 PMOS 的正常开启,这也是前文所描述的栅极高阻抗所带来的状态隐患。D9 和 D10 的作用在于防止电压的倒灌。D9 可以省略。这里要注意到实际上该电路的 DS 接反,这样由附生二极管导通导致了开关管的功能不能达到,实际应用要注意。

    2

    来看这个电路,控制信号 PGC 控制 V4.2 是否给 P_GPRS 供电。此电路中,源漏两端没有接反,R110 与 R113 存在的意义在于 R110 控制栅极电流不至于过大,R113 控制栅极的常态,将 R113 上拉为高,截至 PMOS,同时也可以看作是对控制信号的上拉。当 MCU 内部管脚并没有上拉时,即输出为开漏时,并不能驱动 PMOS 关闭,此时,就需要外部电压给予的上拉,所以电阻 R113 起到了两个作用。R110 可以更小,到 100 欧姆也可。

    No.5 MOS 管的开关特性

    静态特性

    MOS 管作为开关元件,同样是工作在截止或导通两种状态。由于 MOS 管是电压控制元件,所以主要由栅源电压 uGS 决定其工作状态。

    工作特性如下:

    uGS 开启电压 UT:MOS 管工作在截止区,漏源电流 iDS 基本为 0,输出电压 uDS≈UDD,MOS 管处于“断开”状态,其等效电路如下图所示。

    uGS>开启电压 UT:MOS 管工作在导通区,漏源电流 iDS=UDD/(RD+rDS)。其中,rDS 为 MOS 管导通时的漏源电阻。输出电压 UDS=UDD·rDS/(RD+rDS),如果 rDS《RD,则 uDS≈0V,MOS 管处于“接通”状态,其等效电路如上图(c)所示。

    动态特性

    MOS 管在导通与截止两种状态发生转换时同样存在过渡过程,但其动态特性主要取决于与电路有关的杂散电容充、放电所需的时间,而管子本身导通和截止时电荷积累和消散的时间是很小的。下图分别给出了一个 NMOS 管组成的电路及其动态特性示意图。

    NMOS 管动态特性示意图

    当输入电压 ui 由高变低,MOS 管由导通状态转换为截止状态时,电源 UDD 通过 RD 向杂散电容 CL 充电,充电时间常数τ1=RDCL,所以,输出电压 uo 要通过一定延时才由低电平变为高电平。

    当输入电压 ui 由低变高,MOS 管由截止状态转换为导通状态时,杂散电容 CL 上的电荷通过 rDS 进行放电,其放电时间常数τ2≈rDSCL。可见,输出电压 Uo 也要经过一定延时才能转变成低电平。但因为 rDS 比 RD 小得多,所以,由截止到导通的转换时间比由导通到截止的转换时间要短。

    由于 MOS 管导通时的漏源电阻 rDS 比晶体三极管的饱和电阻 rCES 要大得多,漏极外接电阻 RD 也比晶体管集电极电阻 RC 大,所以,MOS 管的充、放电时间较长,使 MOS 管的开关速度比晶体三极管的开关速度低。不过,在 CMOS 电路中,由于充电电路和放电电路都是低阻电路,因此,其充、放电过程都比较快,从而使 CMOS 电路有较高的开关速度。以上就是海立方赌博的原理解析,希望能给大家帮助。


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