mos管驅動電路詳解

A. 這個電路圖MOS管是怎麼驅動的

1. Q5為NMOS管，R12為限流電阻（或是偏置電阻），源漏之間的二極體內為保護二極體。
2. 源極接地容，電壓為0，當柵極（即圖中右眼驅動1）的電壓大於開啟電壓Vth（一般為0.7V）時，就可在源漏之間形成導電溝道，產生電流。
3. 柵極未加電壓（或電壓小於Vth）時，管子關閉，電阻很大，12V電壓基本全部加在管子上，R12上電壓很小，電路電流為幾乎為0；柵極電壓大於開啟電壓時，管子導通，電阻迅速變小，R12分得部分電壓，電路中產生電流。此電流大小既滿足歐姆定律（電阻電流電壓方程），也滿足薩支唐方程（管子電流電壓方程），即上下電流相同，滿足電流一致性。
4. 二極體起保護作用。當漏源電壓較大時，在管子發生源漏穿通之前，二極體先發生反向擊穿，從而保護了管子。
5. 如果二極體為穩壓管的話，就是用來恆定漏源電壓的，從而通過選擇穩壓管可以設置電流的大小。此時流過R12的電流等於流過二極體的電流與流過管子的電流之和，滿足基爾霍夫電流定律，即流入節點的電流等於流出節點的電流。

B. 如何選擇最適合的MOS管驅動電路

1、管種類和結構

MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET)，可以被製造成增強型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。

至於為什麼不使用耗盡型的MOS管，不建議刨根問底。

對於這兩種增強型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小，且容易製造。所以開關電源和馬達驅動的應用中，一般都用NMOS。下面的介紹中，也多以NMOS為主。

MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在，這不是我們需要的，而是由於製造工藝限制產生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些，但沒有辦法避免，後邊再詳細介紹。

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體。這個叫體二極體，在驅動感性負載(如馬達)，這個二極體很重要。順便說一句，體二極體只在單個的MOS管中存在，在集成電路晶元內部通常是沒有的。

2、MOS管導通特性

導通的意思是作為開關，相當於開關閉合。

NMOS的特性，Vgs大於一定的值就會導通，適合用於源極接地時的情況(低端驅動)，只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。

PMOS的特性，Vgs小於一定的值就會導通，適合用於源極接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，但由於導通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是使用NMOS。

3、MOS開關管損失

不管是NMOS還是PMOS，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，而且開關頻率越快，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。

4、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電壓高於一定的值，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，普遍用於高端驅動的NMOS，導通時需要是柵極電壓大於源極電壓。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。

上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導通電壓，設計時當然需要有一定的餘量。而且電壓越高，導通速度越快，導通電阻也越小。現在也有導通電壓更小的MOS管用在不同的領域里，但在12V汽車電子系統里，一般4V導通就夠用了。

MOS管的驅動電路及其損失，可以參考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。講述得很詳細，所以不打算多寫了。

5、MOS管應用電路

MOS管最顯著的特性是開關特性好，所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中，常見的如開關電源和馬達驅動。

5種常用開關電源MOSFET驅動電路解析

在使用MOSFET設計開關電源時，大部分人都會考慮MOSFET的導通電阻、最大電壓、最大電流。但很多時候也僅僅考慮了這些因素，這樣的電路也許可以正常工作，但並不是一個好的設計方案。更細致的，MOSFET還應考慮本身寄生的參數。對一個確定的MOSFET，其驅動電路，驅動腳輸出的峰值電流，上升速率等，都會影響MOSFET的開關性能。

當電源IC與MOS管選定之後， 選擇合適的驅動電路來連接電源IC與MOS管就顯得尤其重要了。

一個好的MOSFET驅動電路有以下幾點要求：

(1)開關管開通瞬時，驅動電路應能提供足夠大的充電電流使MOSFET柵源極間電壓迅速上升到所需值，保證開關管能快速開通且不存在上升沿的高頻振盪。

(2)開關導通期間驅動電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩定且可靠導通。

(3)關斷瞬間驅動電路能提供一個盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放，保證開關管能快速關斷。

(4)驅動電路結構簡單可靠、損耗小。

(5)根據情況施加隔離。

C. MOSFET幾種典型驅動電路

MOSFET數字電路
數字科技的進步，如微處理器運算效能不斷提升，帶給深入研發新一代MOSFET更多的動力，這也使得MOSFET本身的操作速度越來越快，幾乎成為各種半導體主動元件中最快的一種。MOSFET在數字信號處理上最主要的成功來自CMOS邏輯電路的發明，這種結構最大的好處是理論上不會有靜態的功率損耗，只有在邏輯門（logic gate）的切換動作時才有電流通過。CMOS邏輯門最基本的成員是CMOS反相器（inverter），而所有CMOS邏輯門的基本操作都如同反相器一樣，在邏輯轉換的瞬間同一時間內必定只有一種晶體管（NMOS或是PMOS）處在導通的狀態下，另一種必定是截止狀態，這使得從電源端到接地端不會有直接導通的路徑，大量節省了電流或功率的消耗，也降低了集成電路的發熱量。
MOSFET在數字電路上應用的另外一大優勢是對直流（DC）信號而言，MOSFET的柵極端阻抗為無限大（等效於開路），也就是理論上不會有電流從MOSFET的柵極端流向電路里的接地點，而是完全由電壓控制柵極的形式。這讓MOSFET和他們最主要的競爭對手BJT相較之下更為省電，而且也更易於驅動。在CMOS邏輯電路里，除了負責驅動晶元外負載（off-chip load）的驅動器（driver）外，每一級的邏輯門都只要面對同樣是MOSFET的柵極，如此一來較不需考慮邏輯門本身的驅動力。相較之下，BJT的邏輯電路（例如最常見的TTL）就沒有這些優勢。MOSFET的柵極輸入電阻無限大對於電路設計工程師而言亦有其他優點，例如較不需考慮邏輯門輸出端的負載效應（loading effect）。

模擬電路
有一段時間，MOSFET並非模擬電路設計工程師的首選，因為模擬電路設計重視的性能參數，如晶體管的轉導（transconctance）或是電流的驅動力上，MOSFET不如BJT來得適合模擬電路的需求。但是隨著MOSFET技術的不斷演進，今日的CMOS技術也已經可以符合很多模擬電路的規格需求。再加上MOSFET因為結構的關系，沒有BJT的一些致命缺點，如熱破壞（thermal runaway）。另外，MOSFET在線性區的壓控電阻特性亦可在集成電路里用來取代傳統的多晶硅電阻（poly resistor），或是MOS電容本身可以用來取代常用的多晶硅—絕緣體—多晶硅電容（PIP capacitor），甚至在適當的電路控制下可以表現出電感（inctor）的特性，這些好處都是BJT很難提供的。也就是說，MOSFET除了扮演原本晶體管的角色外，也可以用來作為模擬電路中大量使用的被動元件（passive device）。這樣的優點讓採用MOSFET實現模擬電路不但可以滿足規格上的需求，還可以有效縮小晶元的面積，降低生產成本。
隨著半導體製造技術的進步，對於整合更多功能至單一晶元的需求也跟著大幅提升，此時用MOSFET設計模擬電路的另外一個優點也隨之浮現。為了減少在印刷電路板（Printed Circuit Board,PCB）上使用的集成電路數量、減少封裝成本與縮小系統的體積，很多原本獨立的類比晶元與數位晶元被整合至同一個晶元內。MOSFET原本在數位集成電路上就有很大的競爭優勢，在類比集成電路上也大量採用MOSFET之後，把這兩種不同功能的電路整合起來的困難度也顯著的下降。另外像是某些混合信號電路（Mixed-signal circuits），如類比/數位轉換器（Analog-to-Digital Converter,ADC），也得以利用MOSFET技術設計出效能更好的產品。

D. MOS開關電路

MOS開關電路圖電路圖如下：

AOD448是30V75A的管子，是用4.5V驅動的，偏高了點。

可以用，AO3416等管子，電壓用2.5V就能驅動。當電壓為2.5V時，只有26豪歐。電流2到3安沒問題。

也可以用IRF540N，1A條件下一點問題都沒有，當時做精密恆流源，可以控制到精度1mA。不過散熱很重要，要有足夠大的散熱片和小風扇。電壓有個3-5V就足夠了。高電平驅動（其實就相當於PWM）。

(4)mos管驅動電路詳解擴展閱讀：

MOS管開關電路：

1、P溝道MOS管開關電路

PMOS的特性，Vgs小於一定的值就會導通，適合用於源極接VCC時的情況（高端驅動）。需要注意的是，Vgs指的是柵極G與源極S的電壓，即柵極低於電源一定電壓就導通，而非相對於地的電壓。但是因為PMOS導通內阻比較大，所以只適用低功率的情況。大功率仍然使用N溝道MOS管。

2、N溝道mos管開關電路

NMOS的特性，Vgs大於一定的值就會導通，適合用於源極接地時的情況（低端驅動），只要柵極電壓大於參數手冊中給定的Vgs就可以了，漏極D接電源，源極S接地。需要注意的是Vgs指的是柵極G與源極S的壓差，所以當NMOS作為高端驅動時候，當漏極D與源極S導通時，漏極D與源極S電勢相等，那麼柵極G必須高於源極S與漏極D電壓，漏極D與源極S才能繼續導通。

E. 求一個單片機控制mos管的電路圖

電路原理圖：

單片機驅動mos管電路主要根據MOS管要驅動什麼東西， 要只是一個繼電器之類的小負載的話直接用51的引腳驅動就可以，要注意電感類負載要加保護二極體和吸收緩沖，最好用N溝道的MOS。

如果驅動的東西（功率）很大，（大電流、大電壓的場合），最好要做電氣隔離、過流超壓保護、溫度保護等~~ 此時既要隔離傳送控制信號（例如PWM信號），也要給驅動級（MOS管的推動電路）傳送電能。

常用的信號傳送有PC923 PC929 6N137 TL521等 至於電能的傳送可以用DC-DC模塊。如果是做產品的話建議自己搞一個建議的DC-DC，這樣可以降低成本。

(5)mos管驅動電路詳解擴展閱讀：

MOS管應用

1、低壓應用

當使用5V電源，這時候如果使用傳統的圖騰柱結構，由於三極體的be有0.7V左右的壓降，導致實際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時候，我們選用標稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風險。同樣的問題也發生在使用3V或者其他低壓電源的場合。

2、寬電壓應用

輸入電壓並不是一個固定值，它會隨著時間或者其他因素而變動。這個變動導致PWM電路提供給MOS管的驅動電壓是不穩定的。

為了讓MOS管在高gate電壓下安全，很多MOS管內置了穩壓管強行限制gate電壓的幅值。在這種情況下，當提供的驅動電壓超過穩壓管的電壓，就會引起較大的靜態功耗。

F. 怎樣理解這個MOS管驅動電路

因為這個場效應管是作為開關管使用，那麼讓G極電位比S極低4V一下即可；

Ugs = Ug - Us =-UR3，

關於三極體有 3.3（版V）= Ube + Ue ==> Ue = 3.3-0.7=2.6（V）;

則 Ie = Ue/Re = 2.6/20 = 0.13（mA）;

所以權電阻R3的電壓 UR3= Ie*R3 = 0.13*100=13（V）;

G. MOS管在開關電路中的使用

MOS管也就是常說的場效應管（FET），有結型場效應管、絕緣柵型場效應管（又分為增強型和耗盡型場擾指差效應管）。

也可以只分成兩類P溝道和N溝道，這里我們就按照P溝道和N溝道分類。

對MOS管分類不了解的可以自己上網查一下。

場效應管的作用主要有信號的轉換、控制電路的通斷，這里我們講解的是MOS管作為開關管的使用。

對於MOS管的選型緩皮，注意4個參數：漏源電壓（D、S兩端承受的電壓）、工作電流（經過MOS管的電路）、開啟電壓（讓MOS管導通的G、S電壓）、工作頻率（最大的開關頻率）。

下面我們看一下MOS管的引腳，如下圖所示：

有三個引腳，分別為G（柵極）、S（源極）、D（漏極）。

在開關電路中，D和S相當於需要接通的電路兩端，G為開關控制。

這里分享一個自己的分辨P溝道和N溝道的方法，我們就看中間的箭頭，把G（柵極）連接的部分當做溝道，大家都知道PN結，而不是NP結，那麼就是P指向N的，所以腦海里想到這樣的情景 P-->N，所以箭頭都是P-->N的，那麼中間的箭頭指向的就是N，如果指向溝道那就是N溝道，如果指向的是S（沒有指向溝道），那就是P溝道。

這個方法也適用於三極體的判別（NPN、PNP）。

在上圖中我們可以看到右邊都有一個寄生二極體，起到保護的作用。

那麼根據二極體的單向導電性我們也能知道在電路連接中，D和S應該如何連接。使用有寄生二極體的N溝道MOS管的情況下，D的電壓要高於S的電壓，否則MOS管無法正常工作（二極體導通）。

使用有寄生二極體的P溝道MOS管，S的電壓要高於D的電壓，原因同上。

下面是MOS管的導通條件，只要記住電壓方向與中間箭頭方向相反即為導通（當然這個相反電壓需要達到MOS管的開啟電壓）。

比如導通電壓為3V的N溝道MOS管，只要G的電壓比S的電壓高3V即可導通（D的電壓也要比S的高）。

同理，導通電壓為3V的P溝道MOS管，只要G的電壓比S的電壓低3V即可導通（S的電壓比D的高）。

在電路中的典型逗桐應用如下圖所示，分別為N溝道與P溝道的MOS管驅動電路：

我們可以看到，N溝道的MOS管的電路中，BEEP引腳為高電平即可導通，蜂鳴器發出聲音，低電平關閉蜂鳴器；

P溝道的MOS管是用來控制GPS模塊的電源通斷，GPS_PWR引腳為低電平時導通，GPS模塊正常供電，高電平時GPS模塊斷電。

重點、重點、重點，以上兩個應用電路中，N溝道和P溝道MOS管不能互相替代，如下兩個應用電路不能正常工作：

對於上面兩個電路如何修改能正常工作？