低開啟電壓MOS管詳解-低開啟電壓MOS管如何進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-09-05
低開啟電壓(YGS（th））也稱為“柵極閾值電壓”，這個數(shù)值的選擇在這里主要與用作比擬器的運(yùn)放有火。VMOS不像BJT，柵極相關(guān)于源極需求有一定的電壓才干開通，這個電壓的最低值（通常是一個范圍）稱為開啟電壓，飽和導(dǎo)通電壓普通為開啟電壓的一倍左右，假如技術(shù)手冊給出的開啟電壓是一個范圍，取最大值。VMOS的開啟電壓普通為5V左右，低開啟電壓的種類有2V左右的。假如采用5. 5V丁作電壓的運(yùn)放，其輸出電平最大約為土2.5V，即便采用低開啟電壓的VMOS，如圖2.6中的2SK2313，最低驅(qū)動電平也至少為土5V，因而依據(jù)上文關(guān)于運(yùn)放的選擇準(zhǔn)繩，5.5V工作電壓的運(yùn)放實(shí)踐上是不能用的，引薦的工作電壓最低為±6V，由于運(yùn)放的最高輸出電平通常會略低于工作電壓，即便是近年來開端普遍應(yīng)用的“軌至軌”輸入／輸出的運(yùn)放也是如此。
P溝道VMOS當(dāng)然也能用，只是驅(qū)動辦法與N溝道相反。不過，直到現(xiàn)在，與N溝通同一系列同電壓規(guī)格的P溝通的VMOS，普通電流規(guī)格比N溝道的低，而飽和導(dǎo)通電壓比N溝道高。因而選N溝道而不選P溝道。
俗稱耐壓，至少應(yīng)該為主繞組的3倍，需求留意的是，主繞組的電壓指的是圖2.6中的N2或者N3，而不是二者相加。詳細(xì)而言，圖中為10.5V，因而Q1、Q2的電壓規(guī)格至少為31.5V，思索到10%的動搖和1.5倍的保險(xiǎn)系數(shù)，則電壓規(guī)格不應(yīng)該低于31.5 X 1.1X 1.5＝52V。圖中的2SK2313的電壓規(guī)格為60v，契合請求。
其次，依據(jù)普通經(jīng)歷，電壓規(guī)格超越200V的VMOS，飽和導(dǎo)通電阻的優(yōu)勢就不明顯了，而本錢卻比二極管高得多，電路也復(fù)雜。因而，用作同步整流時，主繞組的最高電壓不應(yīng)該高于40V。
這個問題主要與最大耗散功率有關(guān)，由于計(jì)算辦法復(fù)雜并且需求實(shí)驗(yàn)停止驗(yàn)證，因而也能夠直接用理論辦法進(jìn)行肯定，即在實(shí)踐的工作環(huán)境中，依照最極端的最高環(huán)境溫度，比方夏天比擬熱的溫度，如35℃，依據(jù)實(shí)踐所需求的工作電流，接上適宜的假負(fù)載，連續(xù)工作2小時左右，假如MOS管散熱片(TAB)不燙手，就根本上能夠運(yùn)用。這個辦法固然粗略，但是很簡單適用。
越小越好，典型值最好小于10mQ，這個數(shù)值以從技術(shù)手冊上查到。
導(dǎo)通與截止由柵源電壓來控制，對于增強(qiáng)型場效應(yīng)管來說，N溝道的管子加正向電壓即導(dǎo)通，P溝道的管子則加反向電壓。一般2V～4V就可以了。但是，場效應(yīng)管分為增強(qiáng)型（常開型）和耗盡型（常閉型），增強(qiáng)型的管子是需要加電壓才能導(dǎo)通的，而耗盡型管子本來就處于導(dǎo)通狀態(tài)，加?xùn)旁措妷菏菫榱耸蛊浣刂埂?/span>
開關(guān)只有兩種狀態(tài)通和斷，三極管和場效應(yīng)管工作有三種狀態(tài)：
1、截止；
2、線性放大；
3、飽和（基極電流繼續(xù)增加而集電極電流不再增加）；
使晶體管只工作在1和3狀態(tài)的電路稱之為開關(guān)電路，一般以晶體管截止，集電極不吸收電流表示關(guān)；以晶體管飽和，發(fā)射極和集電極之間的電壓差接近于0V時表示開。開關(guān)電路用于數(shù)字電路時，輸出電位接近0V時表示0，輸出電位接近電源電壓時表示1。所以數(shù)字集成電路內(nèi)部的晶體管都工作在開關(guān)狀態(tài)。 場效應(yīng)管按溝道分可分為Ｎ溝道和Ｐ溝道管（在符號圖中可看到中間的箭頭方向不一樣）。
按材料分可分為結(jié)型管和絕緣柵型管，絕緣柵型又分為耗盡型和增強(qiáng)型，一般主板上大多是絕緣柵型管簡稱MOS管，并且大多采用增強(qiáng)型的Ｎ溝道，其次是增強(qiáng)型的Ｐ溝道，結(jié)型管和耗盡型管幾乎不用。場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管.由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件.場效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電,被稱之為雙極型器件.有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負(fù),靈活性比晶體管好。
導(dǎo)通時序可分為to~t1、t1~t2、 t2~t3 、t3~t4四個時間段，這四個時間段有不同的等效電路。
1）t0-t1：C GS1 開始充電，柵極電壓還沒有到達(dá)V GS（th），導(dǎo)電溝道沒有形成，MOSFET仍處于關(guān)閉狀態(tài)。
2）[t1-t2]區(qū)間, GS間電壓到達(dá)Vgs（th），DS間導(dǎo)電溝道開始形成，MOSFET開啟，DS電流增加到ID, Cgs2 迅速充電，Vgs由Vgs（th）指數(shù)增長到Va。
3）[t2-t3]區(qū)間,MOSFET的DS電壓降至與Vgs相同,產(chǎn)生Millier效應(yīng)，Cgd電容大大增加,柵極電流持續(xù)流過，由于C gd 電容急劇增大，抑制了柵極電壓對Cgs 的充電,從而使得Vgs 近乎水平狀態(tài)，Cgd 電容上電壓增加,而DS電容上的電壓繼續(xù)減小。
4）[t3-t4]區(qū)間,至t3時刻,MOSFET的DS電壓降至飽和導(dǎo)通時的電壓,Millier效應(yīng)影響變小，Cgd 電容變小并和Cgs 電容一起由外部驅(qū)動電壓充電, Cgs 電容的電壓上升,至t4時刻為止.此時C gs 電容電壓已達(dá)穩(wěn)態(tài),DS間電壓也達(dá)最小，MOSFET完全開啟。
對于一個電子產(chǎn)品，總功耗為該產(chǎn)品正常工作時的電壓與電流的乘積，這就是低功耗設(shè)計(jì)的需要注意事項(xiàng)之一。
為了降低產(chǎn)品的功耗，在電子產(chǎn)品開發(fā)時盡量采用低開啟電壓MOS管的產(chǎn)品。比如一個產(chǎn)品，曾經(jīng)用5v單片機(jī)正常工作，后來又了3.3v的單片機(jī)或者工作電壓更低的，那么就是在第一層次中進(jìn)行了低功耗設(shè)計(jì)，這也就是我們常說的研發(fā)前期低功耗器件選擇。這一般需要有廣闊的芯片涉獵范圍或者與供應(yīng)商有良好的溝通。
其次是模塊工作的選擇控制，一般選擇具有休眠功能的芯片。比如在設(shè)計(jì)一個系統(tǒng)中，如果某些外部模塊在工作中是不經(jīng)常使用的，我們可以使其進(jìn)入休眠模式或者在硬件電路設(shè)計(jì)中采用數(shù)字開關(guān)來控制器工作與否，當(dāng)需要使用模塊時將其喚醒，這樣我們可以在整個系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式時，關(guān)閉一些不必要的器件，以起到省電的作用，延長了待機(jī)時間。一般常用方法：①具有休眠模式的功能芯片②MOS管做電子開關(guān)③具有使能端的LDO芯片。
再次，選擇具有省電模式的主控芯片。現(xiàn)在的主控芯片一般都具有省電模式，通過以往的經(jīng)驗(yàn)可以知道，當(dāng)主控芯片在省電模式條件下，其工作電流往往是正常工作電流的幾分之一，這樣可以大大增強(qiáng)消費(fèi)類產(chǎn)品電池的使用時間。同時，現(xiàn)在一些控制芯片具有雙時鐘的模式，通過軟件的配置使芯片在不同的使用場合使用不同的外部始終從而降低其功耗。這與始終分頻器具有異曲同工之妙，不同之處想必就是BOM的價(jià)格問題。現(xiàn)在火爆的APPLE WATCH就是低功耗的一個例子：全功能運(yùn)行3-4小時，持續(xù)運(yùn)行18小時。
主控芯片或者相關(guān)模塊喚醒的方式選擇。通常進(jìn)過以上的步驟設(shè)計(jì)好了硬件結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)需要省電，在什么時候進(jìn)入省電模式，這一般在軟件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)，但是最主要還是需要根據(jù)產(chǎn)品的功能特性來決定了。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入了省電模式，而系統(tǒng)的喚醒也需要控制。一般系統(tǒng)的喚醒分為自動喚醒和外部喚醒。
A、自動喚醒是使用芯片內(nèi)部的定時器來計(jì)時睡眠時間，當(dāng)睡眠時間達(dá)到預(yù)定時間時，自動進(jìn)行喚醒。這與我們使用的看門狗或者中斷有比較相近之處，不同就是其工作與否的時序。
B、 外部喚醒就是芯片一直處于一種休眠狀態(tài)，當(dāng)有一個外部事件(主要是通過接口)來對芯片進(jìn)行一個觸發(fā)，則芯片會喚醒，在事件處理之后消除該觸發(fā)事件而在此進(jìn)入休眠狀態(tài)。因此，根據(jù)系統(tǒng)的特性，就需要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時，來決定如何使用睡眠及喚醒，以降低系統(tǒng)的功耗。
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