mos管代替二極管的作用、防倒灌電路分享-KIA MOS管

mos管代替二極管作用

MOS管的導(dǎo)通電阻很小，導(dǎo)通壓降通常在1mV到幾十毫伏之間，而二極管的正向壓降一般在0.4V到0.7V之間。

由于MOS管的導(dǎo)通電阻低，功耗和熱效應(yīng)也較低，因此在相同電流條件下，MOS管的效率更高。

MOS管的開(kāi)關(guān)速度比二極管快，能夠立即從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)，減少開(kāi)關(guān)損耗。

雖然單個(gè)MOS管的成本可能高于二極管，但在某些應(yīng)用中，使用MOS管可以減少外部元件的數(shù)量，從而在整體系統(tǒng)成本上實(shí)現(xiàn)節(jié)省。

MOS管代替二極管的應(yīng)用

防反接電路：在防反接電路中，MOS管可以代替二極管，利用其低導(dǎo)通電阻和快速開(kāi)關(guān)特性，防止電源正負(fù)極接反而導(dǎo)致的電路損壞。

防倒灌電路：在防倒灌電路中，MOS管可以代替二極管，利用其低導(dǎo)通電阻和快速開(kāi)關(guān)特性，防止電流倒灌現(xiàn)象，減少功率損耗和提高效率。

同步整流：在同步整流電路中，MOS管作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)控制柵極電壓來(lái)控制電流的導(dǎo)通和截止，提高電源轉(zhuǎn)換效率。

mos管代替二極管防倒灌電路

防止電流倒灌的傳統(tǒng)方案采用二極管實(shí)現(xiàn)，但二極管導(dǎo)通壓降大，功耗高，發(fā)熱嚴(yán)重。用MOS管替代二極管，壓降小、效率高、成本可控，成為更優(yōu)解。

選型階段重點(diǎn)關(guān)注MOS管類型和參數(shù)

防倒灌電路常用N溝道MOS管，源極接輸入側(cè)，漏極接輸出側(cè)。比如12V供電系統(tǒng)選IRF540N，耐壓100V，導(dǎo)通電阻44毫歐。需要確認(rèn)體二極管方向與電流方向一致，否則無(wú)法形成自然防倒灌路徑。

電路連接有門(mén)道

輸入正極接MOS管源極，輸出正極接漏極。柵極控制是關(guān)鍵：輸入電壓存在時(shí)，用分壓電阻或?qū)Ｓ抿?qū)動(dòng)芯片使柵極電壓高于閾值，讓MOS管導(dǎo)通。輸入斷電時(shí)，柵極電壓歸零，MOS管關(guān)閉。此時(shí)體二極管反向截止，阻斷倒灌電流。某太陽(yáng)能控制器案例中，工程師在柵極并聯(lián)10k電阻到地，防止靜電擊穿。

參數(shù)匹配直接影響效果

以5A工作電流為例，二極管方案壓降0.7V，功耗3.5W；改用導(dǎo)通電阻5毫歐的MOS管，壓降僅0.025V，功耗0.125W。某無(wú)人機(jī)電池保護(hù)板實(shí)測(cè)顯示，MOS方案溫升比二極管方案低20℃。注意反向恢復(fù)時(shí)間選擇，快恢復(fù)型MOS管更適合高頻場(chǎng)景。

防倒灌電路圖

Oring電路是一種用于防止電流倒灌的電路，通常由兩個(gè)二極管組成，確保電流只能沿一個(gè)方向流動(dòng)。然而，二極管的正向壓降較大，會(huì)導(dǎo)致一定的功率損耗。為了克服這一問(wèn)題，可以使用MOS管來(lái)代替二極管，從而實(shí)現(xiàn)零電壓降和高效率的防倒灌電路。

MOS管的選擇與應(yīng)用

在選擇MOS管時(shí)，需要考慮其額定電壓、最大電流和開(kāi)關(guān)速度等參數(shù)。對(duì)于一般的電源防倒灌應(yīng)用，可以選擇耐壓在20V以上，電流在幾安培以內(nèi)的MOS管。常見(jiàn)的型號(hào)有N溝道增強(qiáng)型MOS管，如IRF系列。

電路設(shè)計(jì)原理

MOS管防倒灌電路的設(shè)計(jì)原理是利用MOS管的開(kāi)關(guān)特性，當(dāng)電源正常連接時(shí)，MOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)電源斷開(kāi)或有電流倒灌風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，MOS管迅速關(guān)斷，阻止電流逆向流動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，可以將MOS管的源極接到電源正極，漏極接到負(fù)載端，柵極通過(guò)電阻接地。當(dāng)電源電壓高于柵極電壓時(shí)，MOS管導(dǎo)通；當(dāng)電源電壓低于柵極電壓時(shí)，MOS管關(guān)斷。

典型電路實(shí)例

典型的使用MOS管實(shí)現(xiàn)的Oring電路示意圖：

在這個(gè)電路中，M1是一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOS管，R是一個(gè)限流電阻，用于防止瞬間電流沖擊。當(dāng)電源正常供電時(shí)，MOS管M1導(dǎo)通，電流可以流向負(fù)載。如果電源掉電或出現(xiàn)電流倒灌現(xiàn)象，MOS管M1會(huì)迅速關(guān)斷，阻止電流逆向流動(dòng)。

優(yōu)化電路設(shè)計(jì)

1. 提高可靠性的方法

為了提高M(jìn)OS管防倒灌電路的可靠性，可以采取以下措施：

增加?xùn)艠O電阻：在柵極串接一個(gè)小電阻，以減緩MOS管的開(kāi)關(guān)速度，從而減少振蕩和電磁干擾。

使用穩(wěn)壓管保護(hù)：在柵極和源極之間并聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓管，以防止靜電放電或其他過(guò)壓情況導(dǎo)致MOS管損壞。

散熱處理：為MOS管安裝散熱片或使用導(dǎo)熱材料，確保其在大功率工作時(shí)不會(huì)過(guò)熱。

2. 降低功耗的策略

雖然MOS管本身的功耗很低，但在高頻應(yīng)用中仍需注意以下幾點(diǎn)：

選擇低導(dǎo)通內(nèi)阻的MOS管：較低的導(dǎo)通內(nèi)阻可以減少導(dǎo)通時(shí)的功率損耗。

優(yōu)化柵極驅(qū)動(dòng)電壓：適當(dāng)調(diào)整柵極驅(qū)動(dòng)電壓，使其略高于電源電壓，以確保MOS管完全導(dǎo)通。

減少開(kāi)關(guān)次數(shù)：合理設(shè)計(jì)電路，避免頻繁開(kāi)關(guān)MOS管，以減少動(dòng)態(tài)功耗。

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