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N溝道MOS管開關電路-N溝道開關電路損失及發現問題詳解-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-07-10 

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MOS管的分類

場效應管按溝道分可分為N溝道和P溝道MOS管(在符號圖中可看到中間的箭頭方向不一樣)。

N溝道MOS管開關電路

按資料可分為結型管和絕緣柵型管,絕緣柵型又分為耗盡型和增強型,一般主板上大多是絕緣柵型管簡稱MOS管,而且大多選用增強型的N溝道,其次是增強型的P溝道,結型管和耗盡型管簡直不用。場效應晶體管簡稱場效應管.由大都載流子參加導電,也稱為單極型晶體管.它歸于電壓操控型半導體器材.  場效應管是使用大都載流子導電,所以稱之為單極型器材,而晶體管是即有大都載流子,也使用少量載流子導電,被稱之為雙極型器材.    有些場效應管的源極和漏極能夠交換使用,柵壓也可正可負,靈活性比晶體管好。


MOS管開關電路

N溝道MOS管開關電路

電路說明:其中,PWM信號為50HZ方波信號,占空比0.5.HV電壓值為406.5V,負載接40W燈泡。


N溝道MOS管開關電路發現問題

現在測試負載兩端的波形,理想情況下是高電平400V左右,考慮到MOS管內阻 1.5歐姆左右(這款的VDS電壓較大,mos管內阻也較大,一般mos管是毫歐級別),低電平為0。但是實際測出來有偏差,如下:

N溝道MOS管開關電路

最高值只有256V,而且一直在跳動。

查了電路應該沒問題,后來繼續翻看P5NK60Z 芯片的技術參數PDF文檔,看到如下圖:

N溝道MOS管開關電路

橫坐標是VGS電壓  縱坐標是ID電流大小 。此圖反映的是在施加25V 漏源極電壓時候的技術參數圖。顯然可以看出,此時如果VGS為5V時, ID并沒有達到最大狀態 也就是不能實現mos管的飽和導通狀態,如果沒有飽和導通,則MOS管的內阻會相對較大(可以理解為D、S兩點之間的阻值),由于分壓的作用 D、S間的電壓。 如圖箭頭所示,這兩點之間的電壓會增大,這就會直接導致負載兩端電壓被拉低。

所以總結起原因,就是,光耦控制電壓,直接輸送到門極的電壓 5V驅動電壓實在是給得太低了,MOS沒有飽和導通,根據P5NK60Z芯片資料,這里應該將5V改為10才能保證mos管飽和導通,滿足負載電壓要求。

N溝道MOS管開關電路損失

不管是N溝道MOS管還是P溝道MOS管,導通后都有導通電阻存在,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?,F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,而且開關頻率越高,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??s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。


N溝道MOS管驅動

N溝道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電壓高于一定的值,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,普遍用于高端驅動的N溝道MOS管,導通時需要是柵極電壓大于源極電壓。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。




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