N溝道MOS管開(kāi)關(guān)電路-N溝道開(kāi)關(guān)電路損失及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題詳解-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-07-10
場(chǎng)效應(yīng)管按溝道分可分為Ｎ溝道和Ｐ溝道MOS管（在符號(hào)圖中可看到中間的箭頭方向不一樣）。
按資料可分為結(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(jiǎn)稱MOS管，而且大多選用增強(qiáng)型的Ｎ溝道，其次是增強(qiáng)型的Ｐ溝道，結(jié)型管和耗盡型管簡(jiǎn)直不用。場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管.由大都載流子參加導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管.它歸于電壓操控型半導(dǎo)體器材. 場(chǎng)效應(yīng)管是使用大都載流子導(dǎo)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(dǎo)電,被稱之為雙極型器材. 有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極能夠交換使用,柵壓也可正可負(fù),靈活性比晶體管好。
電路說(shuō)明：其中，PWM信號(hào)為50HZ方波信號(hào)，占空比0.5.HV電壓值為406.5V，負(fù)載接40W燈泡。
現(xiàn)在測(cè)試負(fù)載兩端的波形，理想情況下是高電平400V左右，考慮到MOS管內(nèi)阻 1.5歐姆左右（這款的VDS電壓較大，mos管內(nèi)阻也較大，一般mos管是毫歐級(jí)別），低電平為0。但是實(shí)際測(cè)出來(lái)有偏差，如下：
最高值只有256V，而且一直在跳動(dòng)。
查了電路應(yīng)該沒(méi)問(wèn)題，后來(lái)繼續(xù)翻看P5NK60Z 芯片的技術(shù)參數(shù)PDF文檔，看到如下圖：
橫坐標(biāo)是VGS電壓 縱坐標(biāo)是ID電流大小 。此圖反映的是在施加25V 漏源極電壓時(shí)候的技術(shù)參數(shù)圖。顯然可以看出，此時(shí)如果VGS為5V時(shí)， ID并沒(méi)有達(dá)到最大狀態(tài) 也就是不能實(shí)現(xiàn)mos管的飽和導(dǎo)通狀態(tài)，如果沒(méi)有飽和導(dǎo)通，則MOS管的內(nèi)阻會(huì)相對(duì)較大（可以理解為D、S兩點(diǎn)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(diǎn)之間的電壓會(huì)增大，這就會(huì)直接導(dǎo)致負(fù)載兩端電壓被拉低。
所以總結(jié)起原因，就是，光耦控制電壓，直接輸送到門(mén)極的電壓 5V驅(qū)動(dòng)電壓實(shí)在是給得太低了，MOS沒(méi)有飽和導(dǎo)通，根據(jù)P5NK60Z芯片資料，這里應(yīng)該將5V改為10才能保證mos管飽和導(dǎo)通，滿足負(fù)載電壓要求。
不管是N溝道MOS管還是P溝道MOS管，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會(huì)減小導(dǎo)通損耗。現(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)下降的過(guò)程，流過(guò)的電流有一個(gè)上升的過(guò)程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開(kāi)關(guān)損失。通常開(kāi)關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開(kāi)關(guān)頻率越高，損失也越大。導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失；降低開(kāi)關(guān)頻率，可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開(kāi)關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開(kāi)關(guān)損失。
N溝道MOS管驅(qū)動(dòng)跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì)比較大。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)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(qū)動(dòng)的N溝道MOS管，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專門(mén)的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管。
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