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欧洲杯预选赛·MOS管开关电路图 MOS管开关电路设计

时间:2024-12-23 07:46:32   | 作者:欧洲杯预选赛 浏览次数:27次

  栅极 - 漏极偏置电压 VGD将决定MOS管是处于线性区还是饱和区。在这两个区域中,MOS管处于导通状态,但差异在线性区域,沟道是连续的,漏极

  半导体开关是电子电路中的重要方面之一。像 BJT 或MOS管 之类的半导体器件通常作为开关操作,即它们要么处于 ON 状态,要么处于 OFF 状态。

  当器件开启时,将存在一个有限的导通状态电阻,从而导致正向压降。还会有一个有限的关闭状态电阻,这会导致反向漏电流。

  在下图所示的电路中,增强型 N 沟道MOS管用于切换简单的灯“ON”和“OFF”(也可以是LED)。

  栅极输入电压VGS被带到适当的正电压电平以打开器件,因此灯负载要么“打开”,(VGS= +ve),要么处于将器件“关闭”的零电压电平,(VGS = 0V)。

  如果灯的电阻负载要由电感负载(如线圈、螺线管或继电器)代替,则需要与负载并联一个“续流二极管”,以保护MOS管免受任何自生反电动势的影响。

  上面显示了一个非常简单的电路,用于切换电阻负载,例如灯或 LED。但是,当使用功率MOS管切换感性或容性负载时,需要某种形式的保护来防止MOS管器件受损。驱动感性负载与驱动容性负载的效果相反。

  例如,没有电荷的电容是短路的,导致高“涌入”电流,当我们从感性负载上移除电压时,随着磁场崩溃,我们会产生很大的反向电压,从而导致感应绕组中的感应反电动势。

  我们假设灯的额定电压为 6v、24W 并且完全“开启”,标准MOS管的通道导通电阻 ( RDS(on) ) 值为 0.1ohms。计算MOS管开关器件的功耗。

  在上图我们将 N 沟道 MOS管视为开关,MOS管放置在负载和地之间。这也允许 MOS管的栅极驱动或开关信号以地为参考(低侧开关)。但在某些应用中,如果负载直接接地,我们需要使用 P 沟道增强型 MOS管。如下图所示。

  在这种情况下,MOS管开关连接在负载和正电源轨(高端开关)之间,就像我们使用 PNP晶体管一样。

  这是因为 P 沟道MOS管是“倒置”的,其源极端子连接到正电源+VDD。然后,当开关变为低电平时,MOS管变为“ON”,当开关变为高电平时,MOS管变为“OFF”。

  P 沟道增强型MOS管开关的这种倒置连接允许我们将其与 N 沟道增强型 MOS管串联连接,以产生互补或 CMOS 开关器件,如上图所示为跨双电源。

  了解了MOS管的工作原理及其工作区域,就很容易知道MOS管是如何作为开关工作的。通过考虑一个简单的示例电路,将了解 MOS管作为开关的操作。

  这是一个简单的电路,其中 N 沟道增强模式MOS管将打开或关闭灯。为了将MOS管用作开关,它必须工作在截止和线性(或三极管)区域。

  假设设备最初是关闭的。栅极和源极之间的电压,即 VGS适当地设为正值(从技术上讲,VGS >

  VTH),MOSFET进入线性区域并且开关导通。这使灯打开。

  考虑一种情况,如果你想使用微对 12W LED (12V @ 1A) 进行数字控制。当你按下连接到微的按钮时,LED 应打开。当你再次按下相同的按钮时,LED 应熄灭。

  很明显,你不能在微的帮助下直接控制 LED。这个时候你就需要一种设备来弥合微和 LED 之间的差距。

  该设备应从微接收控制信号(通常该信号的电压在微的工作电压范围内,例如 5V)并为 LED供电,在这种情况下来自 12V 电源。

  当逻辑 1(假设为 5V 微,逻辑 1 为 5V,逻辑 0 为 0V)提供给MOS管的栅极时,它打开并允许漏极电流流动。结果,LED 亮起。

  需要考虑的一个重要因素是MOS管的功耗。考虑一个漏源电阻为 0.1Ω 的MOS管。在上述情况下,即由 12V 电源驱动的 12W LED 将导致 1A 的漏极电流。

  这看起来是一个比较低的值,但如果你使用相同的 MOS管驱动电机,情况会略有不同。电机的启动电流(也称为浪涌电流)会非常高。

  因此,即使 RDS 为 0.1Ω,电机启动期间消耗的功率仍会非常高,这可能会导致热过载。因此,RDS将是你的应用选择 MOS管的关键参数。

  下图显示了一个使用 n 沟道增强型MOS管作为开关的简单电路。此处,MOS管的漏极端子 (D)通过漏极电阻RD连接到电源电压 VS  ,而其源极端子 (S) 接地。此外,它在其栅极端子 (G) 处施加输入电压Vi ,而输出 Vo从其漏极汲取。

  现在考虑施加的Vi为 0V 的情况,这意味着MOS管的栅极端子未偏置。因此,MOS管将关闭并在其截止区域中工作,在该区域中,它为电流提供了一个高阻抗路径,这使得 IDS几乎等于零。

  结果,即使RD上的电压降也将变为零,因此输出电压Vo将变得几乎等于VS。接下来,考虑施加的输入电压Vi大于器件的阈值电压VT的情况。在这种情况下,MOS管将开始导通.

  如果 V提供的S大于器件的夹断电压 VP(通常会如此),则MOS管开始在其饱和区工作。这进一步意味着该器件将为恒定 IDS的流动提供低电阻路径,几乎就像短路一样。结果,输出电压将被拉向低电压电平,理想情况下为零。

  从上面的分析可以看出,输出电压在 VS和零之间变化,这取决于所提供的输入分别是小于还是大于 VT。因此,可以得出结论,当使MOS管s在截止和饱和工作区域之间工作时,可以使MOS管起电子开关的作用。

  与 n 沟道增强型MOS管的情况类似,n 沟道耗尽型 MOS管也可用于执行开关动作,如下图所示。这种电路的行为与上面的解释几乎相同,除了事实上,对于截止,栅极电压 VG需要设为负值,并且应小于 -V。

  下图显示了将 p 沟道增强型MOS管用作开关的情况。这里可以看出,电源电压 VS施加在其源极端子 (S) 上,栅极端子提供输入电压 Vi,而漏极端子通过电阻RD接地。

  此外,从MOS管的漏极端子通过RD获得电路Vo的输出。在 p 型器件的情况下,传导电流将来自空穴,因此会从源极流向漏极 ISD,而不是从漏极流向源极(IDS) 与 n 型器件一样。

  现在,让我们假设只有MOS管的栅极电压 VG的输入电压变低。这会导致MOS管开启并为电流提供低(几乎可以忽略不计)电阻路径。

  结果,大电流流过器件,导致电阻 RD上的电压降很大。这反过来导致输出几乎等于电源电压VS 。接下来,考虑Vi变高的情况,即当Vi将大于器件的阈值电压(这些器件的 VT将为负值)。在这种情况下MOS管将关闭并为电流提供高阻抗路径。这导致几乎为零的电流导致输出端子处的电压几乎为零。

  与此类似, p 沟道耗尽型MOS管也可用于执行开关动作,如下图所示。该电路的工作原理与上述电路几乎相似,只是此处的截止区域为仅当 Vi = VG为正且超过器件的阈值电压时才会出现。

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  出现在设计中。这些设计的目的各有不同:有的需要快速开通与关断,有的需要低导通电阻+大电流,有的需要闲时0功耗。虽然应用场合不同,但做

  里面非常常见,在单板的逻辑设计,器件控制,供电控制,供电保护等等方面,都发挥着巨大的作用。

  嘛,So easy,闭着眼睛也能设计出来。这里用的是PMOS,所以只要把栅极上拉到源极,再通过一个

  分析:当uc_io为低电平时,M1导通,V2的电流流过R2,经过M1的DS到uc_io的低电平,从而实

  ,通过Switch_signa来控制通断(未加滤波)。Q1:增强型PMOS ,源极S接输入,漏极D接输出

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  详解)。功率MOSFET属于电压型件,只要栅极和源极之间施加的电压超过其阀值电压就会导通。由于MOSFET存在结电容,关断

  -FET虽然与JFET结构不同,但特性极为相似,N沟道和P沟道各分增强型和耗尽型,可在许多

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