MOS管雙向?qū)罢?、反向?qū)☉?yīng)用解析-KIA MOS管

MOS管是常用的電子元器件,經(jīng)常被用作功率開關(guān)來使用,如用在可控整流電路中、用作控制直流負(fù)載回路的通斷等。MOS管因?yàn)楣?藝的原因,會(huì)存在寄生/體二極管,所以會(huì)存在雙向導(dǎo)通的問題。

MOS管的D、S極之間存在寄生二極管,被稱為體二極管。從MOS管的結(jié)構(gòu)示意也可以看出寄生二極管的存在,如下圖:

寄生二極管是由生產(chǎn)工藝造成的, MOS管的漏極從硅片底片引出,從而產(chǎn)生了寄生的二極管。

寄生二極管可以起到以下兩個(gè)作用:

防止管子的源極和漏極反接時(shí)燒壞MOS管,也可以在電路有反向感生電壓時(shí),為反向感生電壓提供通路,避免反向感生電壓擊穿MOS管。

綜上,功率型MOS管由于生產(chǎn)工藝的原因,其內(nèi)部存在寄生二極管,也稱體二極管,當(dāng)將反向電壓作用于D、S極時(shí),其寄生二極管會(huì)反向?qū)?。在MOS管開關(guān)瞬間時(shí),比如采用MOS管實(shí)現(xiàn)的橋式驅(qū)動(dòng)電路中,寄生二極管可用導(dǎo)通反向電流,避免反向高壓擊穿MOS管。

MOS管和三極管不同,是可以反向?qū)ǖ摹?/span>

MOS管有三個(gè)腳,柵極(G)、 漏極(D)和源極(S)。其中柵極(G)為導(dǎo)通的控制弓|腳。 MOS分為N溝道和P溝道兩種。MOS管導(dǎo)通時(shí),電流可以從漏極(D)流向源極(S) ,電流也可以從源極(S)流向漏極(D)。

MOS管導(dǎo)通分析

在增強(qiáng)型MOS中,漏極(D)和源極(S)之間會(huì)有-個(gè)背靠著的PN結(jié),柵極(G)沒有施加電壓時(shí),總會(huì)有一個(gè)PN結(jié)反偏，導(dǎo)通不了。當(dāng)在柵極(G)施加電壓后,柵極(G)和硅襯底之間的SiO2絕緣層中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)柵極(G)指向硅襯底的電場。

氧化物層兩邊形成一個(gè)電容,門極電壓等于對(duì)電容充電,受電壓吸引,電容另一邊聚集大量電子，形成導(dǎo)電溝道, MOS管開始導(dǎo)通,電流可以從漏極(D)流向源極(S) ,也可以從源極(S)流向漏極(D)。

MOS管的導(dǎo)通方向

MOS可以分為NMOS和PMOS。兩者在使用的時(shí)候,其電流方向是不一樣的。NMOS寄生二極管的正極在S源極上,負(fù)極在漏極D上,當(dāng)作開關(guān)使用時(shí)電流ID的方向由漏極D指向源極S。

而PMOS寄生二極管的正極在漏極D上,負(fù)極在源極S上,當(dāng)作開關(guān)使用時(shí)電流由源極S指向漏極D。

上圖是NMOS和PMOS的電路符號(hào)和電流的方向, MOS在直流電路中應(yīng)用的時(shí)候一定要注意電流的方向。電流方向與寄生二極管的方向是相反的。

MOS管反向?qū)ǖ膽?yīng)用

電源防反接電路可以通過二極管/整流橋來實(shí)現(xiàn),但是會(huì)帶來電壓降,對(duì)于低壓而言不適用。MOS管也可以用作電源的防反接。下面以PMOS防反接為例來講解。PMOS防反接電路示意圖如下圖所示。

電源反接時(shí), G為電平, UGS>0 ,所以PMOS不導(dǎo)通;電源正接時(shí), G為低電平,由于寄生二極管的存在,所以S的電平是V-0.7 ,所以UGS<0,電路導(dǎo)通,正常工作。

使用NMOS也可以實(shí)現(xiàn)電源防反接。在使用時(shí)必須要注意: PMOS要放在高邊; NMOS要放在低邊。

MOS管正、反向?qū)☉?yīng)用

充電寶大家都用過吧?有一種充電寶只有一個(gè)接口 ,充電和放電共用這個(gè)接口，它會(huì)自識(shí)別插入的是充電器還是手機(jī)，接上充電器時(shí),自動(dòng)對(duì)充電寶進(jìn)行充電;接上手機(jī)時(shí),自動(dòng)切換為放電,對(duì)手機(jī)進(jìn)行充電。

這種設(shè)計(jì)就需要用到MOS的雙向?qū)ㄌ匦粤? 充電時(shí),電流從MOS的源極(S)流向漏極(D) ,放電時(shí),電流從漏極(D)流向源極(S)。

MOS管驅(qū)動(dòng)電路

MOS是電壓驅(qū)動(dòng)型器件,驅(qū)動(dòng)電壓滿足它的門極開啟電壓( Vgs )就可以讓它導(dǎo)通。

N溝道MOS管: DR為高電平時(shí)導(dǎo)通；P溝道MOS管: DR為低電平時(shí)導(dǎo)通。

在設(shè)計(jì)MOS驅(qū)動(dòng)電路時(shí),一定要注意它的門極開啟電壓( Vgs)。如果門極驅(qū)動(dòng)電壓不足,會(huì)導(dǎo)致MOS導(dǎo)通不完全,內(nèi)阻增大,發(fā)熱量增加。

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