快速分辨MOS管类型
PMOS:箭头往外指,就是PMOS。
联想记忆法:人人都会放P ,放P都是往外放。
反之就是N沟道。
MOS管导通条件
- N→ 拼音Nǚ(女)
- 女生喜欢高(高跟鞋、高富帅) →N = 高电平导通
- 反之就是PMOS
类型 导通条件 阈值极性 联想口诀 NMOS Vgs > Vth 正(+) N像↑(箭头向上),高电平通 PMOS Vgs < Vth 负(-) P像↓(箭头向下),低电平通
快速分辨MOS管的三极
交叉线最多的是S端。
联想记忆法:线越多越乱,你就越烦,越烦就烦死了。
此方法适用于P沟道MOS管和N沟道MOS管。
MOS管的电流方向 (单向电流控制)
MOS管的走向与寄生二极管的方向相反。
MOS管的内部寄生二极管的方向
寄生二极管的方向和内部小箭头方向相同
PMOS做上管NMOS做下管
NMOS上管:D 固定接 VCC(高压端) NMOS下管:S 固定接 GND(低压端)
PMOS上管:S固定接 VCC(高压端) PMOS下管:D 固定接 GND(低压端)
NMOS管
使用NMOS当下管,S极直接接地(为固定值),只需将G极电压固定值6V即可导通;
PMOS管
使用PMOS当上管,S极直接接电源VCC,S极电压固定,只需G极电压比S极低6V即可导通
MOS管与三极管之间的选择标准
第一决断:看“控制源”的驱动能力(MCU直连)
场景:你用单片机的IO口(3.3V或5V)直接驱动。
选三极管(BJT/NPN):因为三极管是电流驱动,只要IO口能灌出几十微安~几毫安的基极电流(Ib),Vbe达到0.7V就能通。绝大多数IO口都能做到。
选MOS管(MOSFET):必须谨慎!普通MOS管的开启电压(Vgs(th))在2V~4V。如果单片机是3.3V,栅极给3.3V,导通不彻底(Rds很大,发热严重)。只有标有“逻辑电平”(Logic Level)的MOS管(Vgs<th> ≤ 1.5V)才能直连。否则必须加驱动芯片或三极管去推它。
第二决断:看“功耗和发热”拐点(最核心)
这是选型最容易被忽悠的地方。别听人瞎说“MOS管省电,三极管费电”,要看电流大小!
小电流(< 1A ~ 2A):闭眼选MOS管。
原因:MOS管导通是电阻(Rds(on)),压降 = I × R。假设Rds=50mΩ,1A电流下压降仅0.05V,发热 I²R = 0.05W,极省电。
大电流(> 5A ~ 10A):要查数据手册对比!
原因:三极管饱和压降(Vce(sat))一般是0.2V~0.5V(几乎恒定)。MOS管压降 = I × Rds,电流越大压降线性飙升。
拐点计算:如果三极管 Vce=0.3V,MOS管 Rds=30mΩ。当电流 I = 0.3V / 0.03Ω =10A时,两者发热相等。低于10A选MOS,高于10A选三极管(或IGBT)——这是老工程师的心算秘笈。
第三决断:看“工作频率”(开关速度)
高频开关(PWM调光、DC-DC电源,> 100kHz):必选MOS管。
原因:MOS管是多子器件,没有“存储时间”,关断极快(纳秒级)。三极管有“少数载流子存储效应”,关断有延迟(微秒级),高频下会烧毁或效率极低。
低频开关(继电器、电磁阀、工频50Hz、按键消抖):三极管更划算。
原因:频率低,三极管开关损耗可以忽略,且价格比MOS管便宜一半以上。
第四决断:看“模拟信号放大”(线性区)
音频功放、射频放大、传感器信号调理:优选三极管(BJT)。
原因:三极管的跨导(gm)极高,线性度好,放大倍数(β)稳定,设计负反馈电路极为成熟,失真小。
注意:MOS管虽然也能放大,但它的跨导低,非线性失真大,除非是做高阻抗输入(比如示波器探头前端),否则模拟放大优先用三极管或JFET(结型场效应管),而非增强型MOS。
终极“一分钟选型速查表”(保存手机)
| 比较维度 | MOS管(NMOS) | 三极管(NPN) | 选型结论 |
|---|---|---|---|
| 控制方式 | 电压(Vgs),几乎不耗电流 | 电流(Ib),需要持续吃电流 | IO口驱动弱,优先三极管;驱动强,可选MOS |
| 导通压降 | I × Rds(on)(随电流线性增大) | Vce(sat) ≈ 0.2~0.5V(恒定) | 小电流选MOS,大电流(>5~10A)选三极管/IGBT |
| 开关速度 | 极快(ns级,无存储时间) | 慢(μs级,有存储时间) | 高频PWM(>100K)必选MOS |
| 成本价格 | 较贵(几分~几元) | 极便宜(几分钱) | 便宜量大的低频开关,选三极管 |
| 耐压能力 | 低压(<200V)占优,高压(>600V)也有但贵 | 中低压很便宜,高压(>400V)不如IGBT | 超高耐压(>1000V)选三极管或IGBT |
如何消除MOS管振荡
我们测死MOS管GS波形时,有时会看到下图中的这种波形,在芯片输出端是非常好的方波输出,但一旦到了MOS管的G极就出问题了,有振荡,这个振荡小的时候还能勉强过关,但是有时候振荡特别大。
产生原因:
控制栅极的电路当中会产生一些寄生电感(有导线,从芯片内部走,还有些拐弯,还有些过孔);
MOS管的栅源之间会产生寄生电容CGS(生产工艺造成的);
两者组成LC振荡电路,这个振荡电路会导致mos管输出波形有振荡
解决方法:
在线路当中增加一个电阻(10-30Ω),电阻用来产生阻尼,用来削弱他的振荡。
但注意这个电阻不能太大,不然会导致另一个问题:电流过小电容充放电很慢,出现以下波形。
下图红框区域内MOS管处于放大状态,MOS管作为开关使用的时候,尽可能让MOS管在放大的时间越短越好。因为在放大区,MOS管会产生很多的热量。
然后,我们还需要加一个二极管,用来加快mos管关闭的速度,MOS管关闭后,电容放电,电流走向 寄生电容 - 二极管 - 寄生电感 - PNP - GND
因为加了电阻后电容放电减慢,影响mos管关闭速度,至于为什么不加快电容充电速度——因为充电速度已经够快了,mos管可以立刻打开,不用管。
二极管选型:
选择压差低的,一般是肖特基二极管