MOSFET开关电路详解

一、MOSFET介绍

今天和同事讨论起了公司用到的一个MOS管开关电路，针对其中的几个关键点做了比较系统的分析总结。

MOS管主要是由Metal（金属）、Oxide（氧化物）、Semiconductor（半导体）通过特殊工艺制成

和三极管（电流控制电流型器件）相比，MOS管（电压控制电流型器件）具有栅极驱动基本不需要电流，损耗小、噪声低、抗辐射能力强、输入阻抗高、结构简单、便于集成和热稳定性好等优点

MOSFET可以被制造成P沟道和N沟道两大类，每一类又分为增强型或者耗尽型，所以MOSFET有四种：N沟道增强型MOSFET、N沟道耗尽型MOSFET、P沟道增强型MOSFET、P沟道耗尽型MOSFET

在栅-源电压uGS=0时导电沟道不存在且漏极电流为0的管子均为增强型，在栅-源电压uGS=0时导电沟道已存在且漏极电流不为0的管子均为耗尽型

放几张来自模拟电子线路书上面的图参考学习：

二、MOS管开关电路

如下为一张典型的N沟道增强型MOS管开关电路原理图：

D1作用：

续流二极管

R1作用：

1、限流电阻，减小瞬间电流值：MOS管属于压控型器件，两两引脚之间存在寄生电容（Cgs、Cgd、Cds）:

规格书中一般会标注Ciss、Coss、Crss：

1. Ciss = Cgs + Cgd
2. Coss = Cds + Cgd
3. Crss = Cgd

如图Ciss=587pF，假设VGs=24V，dt=Tr（上升时间）=20ns，则MOS管在开关时的瞬间电流I = Ciss * dVgs / dt = 0.7A

当在栅极串接一个电阻（几Ω~上千Ω）时，会与Ciss形成RC充放电回路，从而减小瞬间电流值

2、调节MOS管的通断速度，有利于控制EMI：同时，加上R1后，MOS管通断切换时间会变慢，有利于控制EMI；但是如果串接的电阻太大，会导致栅极达到导通电压的时间变长，也就是说MOS管处在半导通状态的时间太长，此时MOS管内阻较大，Rds->Rdson的时间比较长，Rds会消耗大量的功率，可能导致MOS管因发热而损坏

3、抑制栅极振荡：

MOS管接入电路后，引入引线寄生电感，会与寄生电容形成LC振荡电路，对于方波这种开关波形信号来说包含很多频率成分：

那么就可能在某个谐振频率相同或者相近时形成串联谐振电路，串接一个电阻后会减小振荡电路的Q值，从而使振荡快速衰减

R2作用：

1、G极对地电阻（一般5KΩ~数十KΩ），通过下拉为MOS管提供一个固定偏置，避免当IC驱动口处于高阻态的情况下G极受到干扰信号使MOS管意外导通

2、泄放电阻，通过这个电阻泄放掉G-S之间的少量静电（G-S之间的电阻很大很大，少量的静电就能通过G-S之间的等效电容产生很高的电压，此时由于RGS很大，感应电荷难以释放，以致于高压将MOS管很薄的绝缘层击穿，损坏MOS管）从而保护MOS管，如果没有这个电阻，MOS管容易受到外界干扰意外导通烧坏，此外在MOS管工作不断开通关断的时候对寄生电容进行适当的放电以保护MOS管

Lyra——madmanazo