mos管 Metal oxide semiconductor field effect transistor 金属氧化物半导体场效应晶体管。 有增强型跟耗尽型的区分,但是由于本人没见过耗尽型的mos管,所以直接忽略,需要可自行查阅这两者的区分。 MOS管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。 (后续会推出一个实例) 2. 管导通时经常工作在VDS=0的状态下,所以这时的导通电阻RON可用原点的RON来近似 ·对一般的MOS管而言,RON的数值在几百欧以内 备注:此值在PWM开关管中尤为重要,会影响较多参数,一般mos管的发热也跟该参数有较大关系 极间电容 ·三个电极之间都存在着极间电容:栅源电容Cgs 、栅漏电容Cgd和漏源电容Cds 备注:寄生电容,对mos管的开关也有比较大影响。
MOS管开关电路是利用MOS管栅极(g)控制MOS管源极(s)和漏极(d)通断的原理构造的电路。因MOS管分为N沟道与P沟道,所以开关电路也主要分为两种。 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。可以在MOS管关断时为感性负载的电动势提供击穿通路从而避免MOS管被击穿损坏。 器件的功率耗损可由Iload2&TImes;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。 ;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。 來看,低於2V就關斷, 不會有問題…… vishay半导体的NMOS管si2302的Id是2.1A,Is是0.6A。
~6V; 通过工艺上的改进,可以使MOS管的VGS(TH)值降到2~3V。 MOS管的应用 MOS管的电平转换电路 分四种情况: 1、当SDA1输出高电平时:MOS管Q1的Vgs = 0,MOS管关闭,SDA2被电阻R3上拉到5V。 2、当SDA1输出低电平时:MOS管Q1的Vgs = 3.3V,大于导通电压,MOS管导通,SDA2通过MOS管被拉到低电平。 3、当SDA2输出高电平时:MOS管Q1的Vgs不变,MOS维持关闭状态,SDA1被电阻R2上拉到3.3V。 4、当SDA2输出低电平时:MOS管不导通,**但是它有体二极管! MOS管与三极管的区别 1、工作性质:三极管用电流控制,MOS管属于电压控制。 2、成本问题:三极管便宜,MOS管贵。 3、功耗问题:三极管损耗大,MOS管较小。
当我们在栅极施加一定的电压时,就可以控制漏极和源极之间是否导通,这就是MOS管最核心的工作原理。1.2 MOS管的分类MOS管主要分为两大类:N沟道MOS管(NMOS)和P沟道MOS管(PMOS)。 增强型MOS管在栅极没有电压时是截止的,需要施加电压才能导通,这是最常用的类型。耗尽型MOS管则相反,在栅极没有电压时就是导通的,需要施加反向电压才能截止,这种类型比较少见。2. // PWM初始化用于MOS管调速void MOS_PWM_Init(void){ TIM_HandleTypeDef htim2; TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0}; // 使能TIM2时钟 __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE(); // 配置定时器基本参数 htim2.Instance = TIM2 最大电流和电压要留有足够的余量,通常选择实际值的2倍以上。对于高速开关应用,还要注意栅极电荷和开关时间等参数。掌握了MOS管的使用,你就可以设计出更加强大和灵活的嵌入式系统了。
MOS管也就是常说的场效应管(FET),有结型场效应管、绝缘栅型场效应管(又分为增强型和耗尽型场效应管)。也可以只分成两类P沟道和N沟道,这里我们就按照P沟道和N沟道分类。 对MOS管分类不了解的可以自己上网查一下。 场效应管的作用主要有信号的转换、控制电路的通断,这里我们讲解的是MOS管作为开关管的使用。 对于MOS管的选型,注意4个参数:漏源电压(D、S两端承受的电压)、工作电流(经过MOS管的电路)、开启电压(让MOS管导通的G、S电压)、工作频率(最大的开关频率)。 使用有寄生二极管的N沟道MOS管的情况下,D的电压要高于S的电压,否则MOS管无法正常工作(二极管导通)。使用有寄生二极管的P沟道MOS管,S的电压要高于D的电压,原因同上。 下面是MOS管的导通条件,只要记住电压方向与中间箭头方向相反即为导通(当然这个相反电压需要达到MOS管的开启电压)。
MOS管容易坏掉原因: 注意:我这里所讲的原因是静电击穿原因。 MOS管为电压控制的电流的器件。是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。 栅极是无直流通路,输入阻抗极高,极易引起静电荷聚集,G,S间的寄生电容较小,通常在几十pF左右,考虑到U=Q/C,故很容易在栅极上形成极高的ESD电压,超过一定的电压之后,便会损坏MOS管。 现阶段有很多mos管是自带tvs的,如果没有的话,也可以采用上面的做法,考虑到成本比较贵,可以通过下拉电阻来释放静电。 D-S之间的寄生二极管:体内二极管,相当于快恢复二极管。 当电路中产生很大的瞬间反向电流时,可以通过这个二极管导出去,不致于击穿这个MOS管 扩展:为啥三极管不会出现静电损坏原因,请自己思考。
关于MOS管驱动电路设计,本文谈一谈如何让MOS管快速开启和关闭。 一般认为MOSFET(MOS管)是电压驱动的,不需要驱动电流。 对于一个MOS管,如果把GS之间的电压从0拉到管子的开启电压所用的时间越短,那么MOS管开启的速度就会越快。 与此类似,如果把MOS管的GS电压从开启电压降到0V的时间越短,那么MOS管关断的速度也就越快。 由此我们可以知道,如果想在更短的时间内把GS电压拉高或者拉低,就要给MOS管栅极更大的瞬间驱动电流。 因为MOS管栅极高输入阻抗的特性,一点点静电或者干扰都可能导致MOS管误导通,所以建议在MOS管G极和S极之间并联一个10K的电阻以降低输入阻抗。 综上,MOS管驱动电路参考: MOS管驱动电路的布线设计: MOS管驱动线路的环路面积要尽可能小,否则可能会引入外来的电磁干扰。
输入阻抗:MOS管完胜MOS管的栅极与源极之间被绝缘层(SiO₂)隔离,输入阻抗极高(可达100MΩ以上),几乎不吸取电流。 这使得MOS管能够直接由微控制器(如Arduino、STM32)的I/O口驱动,无需额外缓冲电路。而三极管的基极需要一定的电流(通常为mA级)才能工作,直接连接MCU可能导致过载。2. 静态功耗:MOS管更节能在长期待机的电池供电设备中,MOS管的静态功耗几乎为零(仅存在极小的漏电流),而三极管因基极电流的存在会产生持续功耗。例如,在低功耗物联网(IoT)设备中,MOS管是绝对主力。 开关速度:MOS管更快MOS管的开关速度由输入电容的充放电时间决定。通过优化驱动电路(如采用“灌流电路”降低内阻),MOS管可实现纳秒级开关,显著降低开关损耗,提高效率。 若直接将MOS管替换三极管,原电路的电流驱动信号无法在栅极建立有效电压,导致MOS管无法正常工作;反之亦然。2.
如果说三极管是20世纪电子工业的基石,那么MOS管就是21世纪数字时代的脉搏。本文将带你从零开始,系统地掌握MOS管的核心知识,从它的工作原理到实际应用,助你真正理解这个“电子开关”的魅力。 1.2 结构与符号:MOS管的“身份证”MOS管的核心结构由三层材料构成:金属:构成栅极。氧化物:通常是二氧化硅(SiO₂),作为绝缘层,将栅极与下面的半导体隔开。这是MOS管名称的由来。 在实际应用中,增强型NMOS管因其性能优异、易于制造而最为常用。第二部分:核心原理——MOS管如何工作?我们以最典型的N沟道增强型MOS管为例,来理解其工作过程。 第三部分:关键参数——读懂MOS管的“规格书”要正确使用MOS管,必须理解其数据手册中的关键参数:Vds(max) (漏源击穿电压):漏极和源极之间能承受的最大电压,超过此值MOS管会被击穿损坏。 第四部分:进阶应用——MOS管的“十八般武艺”4.1 作为电子开关这是MOS管最广泛的应用,尤其是在数字电路和电源管理中。低边开关:MOS管接在负载和地之间。驱动简单,栅极电压直接相对于地即可控制。
我在做一个电机驱动项目时,使用IRF540N这款N沟道MOS管,栅极输入阻抗高达几十兆欧,STM32的GPIO直接驱动完全没问题。2. // 使用定时器产生PWM信号驱动MOS管void PWM_Init(void){ TIM_HandleTypeDef htim2; TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0}; htim2.Instance = TIM2; htim2.Init.Prescaler = 0; htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP ; htim2.Init.Period = 1000-1; // PWM周期 htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; HAL_TIM_PWM_Init (&htim2, TIM_CHANNEL_1);}3.2 饱和压降三极管在饱和导通时,集电极和发射极之间有一个饱和压降VCE(sat),一般在0.2V到0.5V之间。
使用MOSFET搭建双向电平转换电路,是比较常见的做法,电路如图1中虚线框所示,MOS管的部分参数如图2所示。 图1 图2 电路原理很简单,分两种情况: 1.从A到B A为高电平时,MOS管关断,B端通过上拉,输出高电平; A为低电平时,MOS管内的体二极管导通,使MOS管的S极被拉低,从而使Vgs= 3.3V>Vgs(th)=1.6V,MOS管导通,B端被拉低,输出低电平; A为高阻态时,MOS管关断,B端通过上拉,输出高电平。 2.从B到A B为高电平时,MOS管关断,A端通过上拉,输出高电平; B为低电平时,MOS管不导通,但是它有体二极管! MOS管里的体二极管把A端拉低到低电平,此时Vgs约等于3.3V>Vgs(th)=1.6V,MOS管导通,A端被彻底拉低,输出低电平; B为高阻态时,MOS管关断,A端通过上拉,输出高电平。
2-MOS管沟道和寄生二极管 箭头指向G极的是N沟道; 箭头背向G极的是P沟道; 寄生二极管方向均是与箭头方向一致的; 3-MOS管万用表测量 借助寄生二极管来判定: 将万用表调到二极管档,红表笔接 一般2V~4V就可以了。 但是,场效应管分为增强型(常开型)和耗尽型(常闭型),增强型的管子是需要加电压才能导通的,而耗尽型管子本来就处于导通状态,加栅源电压是为了使其截止。 开关只有两种状态通和断,三极管和场效应管工作有三种状态,1、截止,2、线性放大,3、饱和(基极电流继续增加而集电极电流不再增加)。 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或者其他低压电源的场合。 2、宽电压应用 输入电压并不是一个固定值,它会随着时间或者其他因素而变动。 这就提出一个要求,需要使用一个电路,让低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管,同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问题。
关于buck中的上、下管选型: 这里抛开Vgs,Vds,Ids等等参数,主要从降低功耗,减少发热方面来说: 上管要求有快速开关性能; 因为buck中,占空比一般比较小,所以上管的导通时间是比较短的 ,这就需要上管尽快的导通,以响应电流的需求。 至于开关性能,因为mos管本身有体二极管,当下管没有导通的时候,它的体二极管可以提供一个瞬时的电流,所以对它的开关性能要求没那么高,而是注重于导通电阻。 Mos管并不是理想的器件,因为在导电的过程中会有电能损耗,这称之为导通损耗。 Mos在导通时就像一个可变电阻,由Rds(on)所确定,并随温度而显著变化(随温度的升高而变大)。 器件的功率耗损可由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MOS管施加的电压VGS越高,RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。
在电路设计中,MOS管和IGBT管会经常出现,它们都可以作为开关元件来使用,MOS管和IGBT管在外形及特性参数也比较相似,那为什么有些电路用MOS管?而有些电路用IGBT管? 下面我们就来了解一下,MOS管和IGBT管到底有什么区别吧! 什么是MOS管? 场效应管主要有两种类型,分别是结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)。 关于寄生二极管的作用,有两种解释: 1、MOSFET的寄生二极管,作用是防止VDD过压的情况下,烧坏MOS管,因为在过压对MOS管造成破坏之前,二极管先反向击穿,将大电流直接到地,从而避免MOS管被烧坏 2、防止MOS管的源极和漏极反接时烧坏MOS管,也可以在电路有反向感生电压时,为反向感生电压提供通路,避免反向感生电压击穿MOS管。 MOS管和IGBT的结构特点 MOS管和IGBT管的内部结构如下图所示。 IGBT是通过在MOSFET的漏极上追加层而构成的。
以输入电流额定值抵达2A,如选用Onsemi的快速恢复二极管 MUR3020PT,额定管压降为0.7V,那么功耗至少也要抵达:Pd=2A×0.7V=1.4W,这样功率低,发热量大,要加散热器。 2.其他还可以用二极管桥对输入做整流,这样电路就永久有正确的极性(图2)。这些方案的缺点是,二极管上的压降会消耗能量。输入电流为2A时,图1中的电路功耗为1.4W,图2中电路的功耗为2.8W。 图2 图2 是一个桥式整流器,不论什么极性都可以正常作业,但是有两个二极管导通,功耗是图1的两倍。 MOS管防反接,好处就是压降小,小到几乎可以忽略不计。 现在的MOS管可以做到几个毫欧的内阻,假设是6.5毫欧,通过的电流为1A(这个电流已经很大了),在他上面的压降只有6.5毫伏。 由于MOS管越来越便宜,所以人们逐渐开始使用MOS管防电源反接了。 正确连接时:刚上电,MOS管的寄生二极管导通,所以S的电位大概就是0.6V,而G极的电位,是VBAT,VBAT-0.6V大于UGS的阀值开启电压,MOS管的DS就会导通,由于内阻很小,所以就把寄生二极管短路了
可以把三极管转化成这样一个模型以便理解: BE之间是一个二极管和一个电流表,CE之间是一个可调电阻和一个电流表,中间还有一个小人,小人时刻看着电流表1的读数,然后通过调节可调电阻的大小,保证电流表2的读数 MOS管 将两个N型半导体引出两个金属电极,分别作为mos管的漏极和源极,我们给他接上电,此时mos管是截止的。 因为他们之间形成了两个二极管,而且方向相反。此时mos管截止。 这也是现在芯片内部集成的都是mos管的原因之一。 mos的栅极容易被静电击穿 由于栅极阻抗非常大,感应电荷很难释放。产生的高压很容易就把这一层薄薄的绝缘层给击穿,造成mos管永久损坏。 只要维持GS的电压差,MOS管就可以打开。甚至因为这个寄生电容的存在,即便撤走了IO的高电平,你会发现灯泡依旧是亮的,直到这个电容上的电荷慢慢放光,MOS管才会关闭。 到这里,应该能发现MOS管的优势:省电。保持MOS管的打开状态并不需要额外的电流,而三极管需要。 MOS管的第二个优势是导通阻抗小(还是省电)。
功率半导体的核心是PN结,从二极管、三极管到场效应管,都是根据PN结特性所做的各种应用。场效应管分为结型、绝缘栅型,其中绝缘栅型也称MOS管(Metal Oxide Semiconductor)。 根据不通电情况下反型层是否存在,MOS管可分为增强型、耗尽型—— 寄生电容形成的原因 1. 当N型和P型半导体结合后,由于浓度差导致N型半导体的电子会有部分扩散到P型半导体的空穴中,因此在结合面处的两侧会形成空间电荷区(该空间电荷区形成的电场会阻值扩散运动进行,最终使扩散运动达到平衡); 2. MOS管寄生电容结构如下,其中,多晶硅宽度、沟道与沟槽宽度、G极氧化层厚度、PN结掺杂轮廓等都是影响寄生电容的因素。 ,驱动电压、开关频率会比较明显地影响MOS管的开关特性,而温度的影响却比较小。
MOS管,是MOSFET的缩写,全拼是Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,翻译过来是金属-氧化物半导体场效应晶体管,根据导电沟道的不同,MOS 这要从MOS的工艺和结构说起,不管是MOS还是二极管,都是由半导体材料构成,我们都知道二极管是由一对PN结构成,见下图,P型区对应二极管的阳极,N型区对应二极管的负极。 我们回过头看下MOS结构,从下图(1)可以看出,MOS中的氧化物O指的是二氧化硅SiO2,SiO2不导电,所以驱动极G基本不走电流,因此MOS功耗比较低,是电压型驱动器件。 从(1)也可以看出,MOS除了D、G、S三个极之外,还有一个Sub极,Sub和S极有连接关系,因此(2)MOS的电路符号中,会将MOS内部指向沟道N沟道的箭头和S极连接在一起(世界上没有无缘无故的爱也没有无缘无故的恨 当插上充电器后,就利用MOS体二极管,使得电路导通,系统正常工作。 以上就是MOS符号并联二极管的原因,以及使用介绍。
(普及下NMOS管的导通:一般Vgs大于某一电压便导通)(Pmos自己去看) 为了方便讲述,定义1.8V 为 A 端,3.3V 为 B 端。 A到B: A端输出低电平时(0V) ,MOS管导通,B端输出是低电平(0V) A端输出高电平时(1.8V),MOS管截至,B端输出是高电平(3.3V) A端输出高阻时(OC) ,MOS管截至,B端输出是高电平 (3.3V) B到A: B端输出低电平时(0V) ,MOS管内的二极管导通,从而使MOS管导通,A端输出是低电平(0V) B端输出高电平时(3.3V) ,MOS管截至,A端输出是高电平(1.8V) B端输出高阻时 (OC) ,MOS管截至,A端输出是高电平(1.8V) 这里需要注意的是Vgs的电压一定要符合mos管的最低导通电压。 还有就是二极管导通时候有一个电压降,此电压降应该低于GPIO的小于输入低电平 (PS:上面两点自己思考吧)
其“分立器件 + MOS 管 + AD 模数转换”全栈教程,正是为初学者和进阶工程师量身打造的一套系统性学习路径。 二、MOS 管:现代电子系统的开关核心随着数字电路与功率电子的发展,MOS(金属-氧化物-半导体)场效应晶体管因其高输入阻抗、低功耗和高速开关特性,成为现代电子系统中不可或缺的元件。 郭天祥在讲解MOS管时,并不局限于符号与参数,而是从内部结构出发,剖析其工作机理——如何通过栅极电压控制源漏之间的导通状态。 教程还深入探讨了N沟道与P沟道MOS管的区别、驱动电路的设计要点,以及在电机驱动、电源管理、逻辑门电路中的典型应用。尤其强调实际布线中对寄生电感与米勒平台的处理,帮助学员规避常见设计陷阱。 郭天祥引导学员跳出单一元件的视角,思考如何将分立器件、MOS管与AD转换模块有机整合,构建完整的功能系统。