什么是mos管mos管有哪些作用如何正确认识?
作者:im足球 来源:im赛事 发布时间:2022-08-10 11:07:48

  今天泰德兰电子网编给大家介绍一下mos管,mos管在电路中应用的非常广泛,mos管的外形和三极管,可控硅,三端稳压器,IGBT类似,所以大家有时会分不清什么是三极管,什么是可控硅,什么是三端稳压器,以及什么是mos管和IGBT,下面我就来给大家详细的介绍一下mos管。

  mos管也称场效应管,首先考察一个更简单的器件--MOS电容--能更好的理解MOS管。这个器件有两个电极,一个是金属,另一个是extrinsic silicon(外在硅),他们之间由一薄层二氧化硅分隔开。金属极就是GATE,而半导体端就是backgate或者body。他们之间的绝缘氧化层称为gate dielectric(栅介质)。图示中的器件有一个轻掺杂P型硅做成的backgate。这个MOS 电容的电特性能通过把backgate接地,gate接不同的电压来说明。MOS电容的GATE电位是0V。金属GATE和半导体BACKGATE在WORK FUNCTION上的差异在电介质上产生了一个小电场。在器件中,这个电场使金属极带轻微的正电位,P型硅负电位。这个电场把硅中底层的电子吸引到表面来,它同时把空穴排斥出表面。这个电场太弱了,所以载流子浓度的变化非常小,对器件整体的特性影响也非常小。

  当MOS电容的GATE相对于BACKGATE正偏置时发生的情况。穿过GATE DIELECTRIC的电场加强了,有更多的电子从衬底被拉了上来。同时,空穴被排斥出表面。随着GATE电压的升高,会出现表面的电子比空穴多的情况。由于过剩的电子,硅表层看上去就像N型硅。掺杂极性的反转被称为inversion,反转的硅层叫做channel。随着GATE电压的持续不断升高,越来越多的电子在表面积累,channel变成了强反转。Channel形成时的电压被称为阈值电压Vt。当GATE和BACKGATE之间的电压差小于阈值电压时,不会形成channel。当电压差超过阈值电压时,channel就出现了。

  mos管在电路中一般用作电子开关,在开关电源中常用MOS管的漏极开路电路,漏极原封不动地接负载,叫开路漏极,开路漏极电路中不管负载接多高的电压,都能够接通和关断负载电流。是理想的模拟开关器件。这就是MOS管做开关器件的原理。当然MOS管做开关使用的电路形式比较多了。

  1、场效应管(FET)主要包括结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(MOSFET);绝缘栅型场效应管包括增强型和耗尽型两种;增强型和耗尽型分别包括N型和P型两种。我们常用的场效应管一般是指增强型绝缘栅型场效应管,简称MOS管。

  2、对于较常用的两种MOS管,N型与P型,一般N型管使用场景更为广泛。这是因为制造工艺不同,导致P型管的导通电阻大于N型管,且价格更昂贵。P型管与N型管参数也不容易做到对称,在集成电路中也是一样,因此在例如推挽这种电路中,上升时间与下降时间会存在区别。

  3、上图是MOS管等效模型,由于制作工艺问题,在3个管脚之间均存在寄生电容,它影响了MOS的开关特性,具体下面讲解。

  4、如上图所示,在DS之间存在一个寄生二极管,叫做体二极管,在集成电路中并不存在。当MOS管驱动感性负载时,体二极管可以作为续流二极管存在,驱动感性负载时很重要。

  1、开关特性。MOS管是压控器件,作为开关时,NMOS只要满足VgsVgs(th)即可导通,PMOS只要满足Vgs

  2、开关损耗。MOS的损耗主要包括开关损耗和导通损耗,导通损耗是由于导通后存在导通电阻而产生的,一般导通电阻都很小。开关损耗是在MOS由可变电阻区进入夹断区的过程中,也就是MOS处于恒流区时所产生的损耗。开关损耗远大于导通损耗。减小损耗通常有两个方法,一是缩短开关时间,二是降低开关频率。

  3、由压控所导致的的开关特性。由于制作工艺的限制,NMOS的使用场景要远比PMOS广泛,因此在将更适合于高端驱动的PMOS替换成NMOS时便出现了问题。在上图所示的高端驱动中,当MOS导通时,Vs=Vd=Vdd,此时要保持MOS的导通,就需要VgVdd。在功率驱动电路中,MOS经常开关的是电源电压,或者说是系统中最高的电压,此时要保证MOS的导通就需要额外升压提供Vg。

  4、在宽电压的应用场景中,栅极的控制电压很多时候是不确定的,为了保证MOS管的安全工作,很多MOS管内置了稳压管来限制栅极的控制电压。当驱动电压大于稳压管电压时,会额外增加管子的功耗。如果栅极控制电压不足时,则会导致管子开关不彻底,也会增加管子功耗。

  1、图腾柱驱动。上图是标准的图腾柱驱动的电路图,其实图腾柱与推挽原理是一样的,叫法不同而已。使用图腾柱驱动的目的在于给MOS管提供足够的灌电流和拉电流。

  2、栅极泄放电阻。在不使用图腾柱驱动时,一般在栅极到地之间加泄放电阻,即上图中的R3。由于栅源之间寄生电容的存在,当栅极的驱动电压拉低时,MOS管并不会立即关断,这个过程不仅影响了MOS的关断速度,同时也增大了MOS的开关损耗。所以增加栅极泄放电阻用以减小寄生电容的影响。在使用图腾柱驱动时,由于PNP管的存在,该电阻可以省略。

  3、当低压侧驱动高压侧MOS管时,图腾柱并不能实现功能,因此需要通过自举电路来实现。仔细分析上图,相当于采用两级图腾柱来驱动MOS管。R2、R3可以调整第一级图腾柱的开启电压;Q3、Q4作为第二级图腾柱来驱动MOS管,为其提供足够的电压与电流;R5、R6、Q5形成负反馈,通过改变第一级图腾柱的开启电压,来对MOS管的栅极电压进行控制,使其处于可控范围内,避免出现上一节所讲的宽电压应用环境下的情况。

  本文由 深圳市泰德兰电子有限公司 网编通过网络收集、英文规格书资料翻译整理分享,由于深圳市泰德兰电子有限公司 长期代理电源ic,快充ic芯片,mos管等芯片,所以对这版块的相关技术知识进行分享,无意冒犯原作者版权,如原作者介意,请联系我们删除。同时欢迎大家下方留言互动。