PMOS、NMOS高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)對(duì)比分析-KIA MOS管

PMOS和NMOS開關(guān)應(yīng)用

功率MOS管作為常用的半導(dǎo)體開關(guān)，其驅(qū)動(dòng)方式有什么特點(diǎn)呢？

首先，我們認(rèn)為MOS管是電壓控制型器件，其正常工作時(shí)是不需要電流的（開或關(guān)的穩(wěn)態(tài)條件下），只要有維持電壓，MOS管即可保持開啟或關(guān)閉狀態(tài)。控制電壓是作用在G極和S極的。

G極一層極薄的二氧化硅絕緣柵是MOS管工作時(shí)不需要電流的原因。先在多數(shù)MOS管開啟的閾值電壓都比較低，拿常用的AO3400來講，其開啟閾值電壓只需2.5V。當(dāng)然更高的GS電壓可以降低MOS管自身的導(dǎo)通損耗。

但是特別注意-GS極電壓的極限值，GS極電壓的極限值，GS極電壓的極限值，重要事情說三遍！GS之間的電壓有限制值，超過規(guī)定值將會(huì)導(dǎo)致MOS管的GS擊穿損壞。

舉個(gè)例子，見下圖：

上圖中是一個(gè)簡(jiǎn)單的PMOS開關(guān)電路，使用微控制器可以輕易的控制負(fù)載的開啟或關(guān)斷。當(dāng)微控制器IO輸出低電平時(shí)MOS管關(guān)閉，當(dāng)微控制器輸出高電平時(shí)MOS管開啟。

看樣子這是個(gè)簡(jiǎn)單好用的電路。是的，在電池供電的應(yīng)用或者低電壓應(yīng)用中這個(gè)電路沒有問題。那如果將VCC提高的24V或者36V呢？后果可能是MOS管燒糊。

原因就是GS極的電壓浮動(dòng)范圍是從VCC一直到GND，這么大的電壓浮動(dòng)范圍超過了GS極承受的極限值！所以在實(shí)際使用時(shí)可能還要按需并聯(lián)穩(wěn)壓二極管。

剛才我們說MOS管是電壓控制型器件，驅(qū)動(dòng)它非常簡(jiǎn)單，不需要電流。但是同時(shí)驅(qū)動(dòng)MOS管又是不簡(jiǎn)單的，為什么呢？

說簡(jiǎn)單是因?yàn)闆]有考慮開關(guān)速度，當(dāng)我們需要較高的開關(guān)速度時(shí)，驅(qū)動(dòng)MOS管又變成了一個(gè)難題。因?yàn)楦咚匍_關(guān)時(shí)較大的dV/dt意味著較大的瞬態(tài)電流（因?yàn)殚_關(guān)時(shí)需要對(duì)GS極的輸入電容充放電）。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的輸出阻抗較高時(shí)，G極電壓上升會(huì)變慢，導(dǎo)致開關(guān)特性變差。假如我們把MOS驅(qū)動(dòng)的輸出阻抗想象成一個(gè)電阻，把MOS管GS極的電荷容量等效成一個(gè)電容，如下圖所示：

上圖就是一個(gè)低通濾波器，這個(gè)低通濾波器影響了開關(guān)速度的提升。想要改變這個(gè)低通濾波器的特性就必須要想辦法改變RC時(shí)間常數(shù)。

首先MOS管GS的輸入電容已經(jīng)確定了，是一個(gè)固定值，看來想從電容值上下手是沒有辦法了，那我們能做的就是減小R值，盡可能減小驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗，這樣才能使GS以更快的速度充電或放電完畢。

關(guān)于MOS管的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)可采用分立元件搭建，如常用的晶體管圖騰柱驅(qū)動(dòng)。若采用IC類集成驅(qū)動(dòng)器可選的常用型號(hào)如IR公司的IR2103。

總之想要獲得較高的開關(guān)速度，MOS管的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)就會(huì)相對(duì)更復(fù)雜，若對(duì)開關(guān)速度要求較低（KHz級(jí)別）那完全可以做到非常簡(jiǎn)單。驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的復(fù)雜度或成本與開關(guān)速度是成正比的。

最后我們來看一看應(yīng)用MOS做開關(guān)時(shí)，開關(guān)位于高側(cè)和低側(cè)的驅(qū)動(dòng)條件（假設(shè)以GS極為10V驅(qū)動(dòng)）。

A、NMOS低側(cè)開關(guān)

上圖即是一個(gè)常用的NMOS低側(cè)開關(guān)，平時(shí)G極被電阻拉至GND電平，處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓高于GND時(shí)，MOS打開。此處假定GND+10V時(shí)開啟。

B、NMOS高側(cè)開關(guān)

上圖即是一個(gè)NMOS高側(cè)開關(guān)，平時(shí)G極被電阻拉至GND電平，處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓高于VCC時(shí)，MOS打開。此處假定VCC+10V時(shí)開啟（NMOS高側(cè)驅(qū)動(dòng)需要系統(tǒng)提供一個(gè)比VCC電源軌更高的電壓，需要一個(gè)正對(duì)正的升壓電路）。

C、PMOS高側(cè)開關(guān)

上圖即是一個(gè)PMOS高側(cè)開關(guān)，平時(shí)G極被電阻拉至VCC電平，處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓低于VCC時(shí)，MOS打開。此處假定VCC-10V時(shí)開啟。

D、PMOS低側(cè)開關(guān)

上圖即是一個(gè)PMOS低側(cè)開關(guān)（應(yīng)用中一般不會(huì)使用，實(shí)際意義有限），平時(shí)G極被電阻拉至VCC電平，處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓低于GND時(shí)，MOS打開。

此處假定GND-10V時(shí)開啟。（PMOS低側(cè)驅(qū)動(dòng)需要系統(tǒng)提供一個(gè)比GND電源軌更低的電壓，需要一個(gè)正對(duì)負(fù)的升壓電路）。

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