MOS管開關電路知識-解析MOS管在開關電路中的使用

MOS管開關電路是利用MOS管柵極（g）控制MOS管源極（s）和漏極（d）通斷的原理構造的電路。因MOS管分為N溝道與P溝道，所以開關電路也主要分為兩種。

一般情況下普遍用于高端驅動的MOS，導通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V.如果在同一個系統里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵，要注意的是應該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。（所以看手冊，具體分析）

MOS管是電壓驅動，按理說只要柵極電壓到到開啟電壓就能導通DS，柵極串多大電阻均能導通。但如果要求開關頻率較高時，柵對地或VCC可以看做是一個電容，對于一個電容來說，串的電阻越大，柵極達到導通電壓時間越長，MOS處于半導通狀態時間也越長，在半導通狀態內阻較大，發熱也會增大，極易損壞MOS，所以高頻時柵極柵極串的電阻不但要小，一般要加前置驅動電路的。

MOS管也就是常說的場效應管（FET），有結型場效應管、絕緣柵型場效應管（又分為增強型和耗盡型場效應管）。也可以只分成兩類P溝道和N溝道，這里我們就按照P溝道和N溝道分類。對MOS管分類不了解的可以自己上網查一下。

場效應管的作用主要有信號的轉換、控制電路的通斷，這里我們講解的是MOS管作為開關管的使用。對于MOS管的選型，注意4個參數：漏源電壓（D、S兩端承受的電壓）、工作電流（經過MOS管的電路）、開啟電壓（讓MOS管導通的G、S電壓）、工作頻率（最大的開關頻率）。下面我們看一下MOS管的引腳，如下圖所示：   

有3個引腳，分別為G（柵極）、S（源極）、D（漏極）。在開關電路中，D和S相當于需要接通的電路兩端，G為開關控制。這里給大家分享一個自己的分辨P溝道和N溝道的方法，我們就看中間的箭頭，把G（柵極）連接的部分當做溝道，大家都知道PN結，而不是NP結，那么就是P指向N的，所以腦海里想到這樣的情景 P-->N，所以箭頭都是P-->N的，那么中間的箭頭指向的就是N，如果指向溝道那就是N溝道，如果指向的是S（沒有指向溝道），那就是P溝道。這個方法也適用于三極管的判別（NPN、PNP）。

在上圖中我們可以看到右邊都有一個寄生二極管，起到保護的作用。那么根據二極管的單向導電性我們也能知道在電路連接中，D和S應該如何連接。使用有寄生二極管的N溝道MOS管的情況下，D的電壓要高于S的電壓，否則MOS管無法正常工作（二極管導通）。使用有寄生二極管的P溝道MOS管，S的電壓要高于D的電壓，原因同上。

下面是MOS管的導通條件，只要記住電壓方向與中間箭頭方向相反即為導通（當然這個相反電壓需要達到MOS管的開啟電壓）。比如導通電壓為3V的N溝道MOS管，只要G的電壓比S的電壓高3V即可導通（D的電壓也要比S的高）。同理，導通電壓為3V的P溝道MOS管，只要G的電壓比S的電壓低3V即可導通（S的電壓比D的高）。在電路中的典型應用如下圖所示，分別為N溝道與P溝道的MOS管驅動電路：                

我們可以看到，N溝道的MOS管的電路中，BEEP引腳為高電平即可導通，蜂鳴器發出聲音，低電平關閉蜂鳴器；P溝道的MOS管是用來控制GPS模塊的電源通斷，GPS_PWR引腳為低電平時導通，GPS模塊正常供電，高電平時GPS模塊斷電。

以上兩個應用電路中，N溝道和P溝道MOS管不能互相替代，如下兩個應用電路不能正常工作：

MOS開關電路管損失

不管是NMOS還是PMOS，導通后都有導通電阻存在，這樣電流就會在這個電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗。現在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。

MOS在導通和截止的時候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程，流過的電流有一個上升的過程，在這段時間內，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多，而且開關頻率越快，損失也越大。

導通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。縮短開關時間，可以減小每次導通時的損失;降低開關頻率，可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。

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