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MOS管工作原理详细讲解.docx

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详细讲解 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 Matching

MOSFET Drivers to MOSFETs 。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。这个变动导致

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