mos管簡(jiǎn)介

　　mos管是金屬（metal）—氧化物（oxide）—半導(dǎo)體（semiconductor）場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或者稱(chēng)是金屬—絕緣體（insulator）—半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對(duì)調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的，即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)稱(chēng)的。

　　雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后，在輸出端輸出一個(gè)大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比（beta）。另一種晶體管，叫做場(chǎng)效應(yīng)管（FET），把輸入電壓的變化轉(zhuǎn)化為輸出電流的變化。FET的增益等于它的transconductance，定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。市面上常有的一般為N溝道和P溝道，詳情參考右側(cè)圖片（N溝道耗盡型MOS管）。而P溝道常見(jiàn)的為低壓mos管。

　　mos管主要參數(shù)

　　1.開(kāi)啟電壓VT

　　·開(kāi)啟電壓（又稱(chēng)閾值電壓）：使得源極S和漏極D之間開(kāi)始形成導(dǎo)電溝道所需的柵極電壓；

　　·標(biāo)準(zhǔn)的N溝道MOS管，VT約為3～6V；

　　·通過(guò)工藝上的改進(jìn)，可以使MOS管的VT值降到2～3V。

　　2.直流輸入電阻RGS

　　·即在柵源極之間加的電壓與柵極電流之比

　　·這一特性有時(shí)以流過(guò)柵極的柵流表示

　　·MOS管的RGS可以很容易地超過(guò)1010Ω。

　　3.漏源擊穿電壓BVDS

　　·在VGS=0（增強(qiáng)型）的條件下，在增加漏源電壓過(guò)程中使ID開(kāi)始劇增時(shí)的VDS稱(chēng)為漏源擊穿電壓BVDS

　　·ID劇增的原因有下列兩個(gè)方面：

　?。?）漏極附近耗盡層的雪崩擊穿

　　（2）漏源極間的穿通擊穿

　　·有些MOS管中，其溝道長(zhǎng)度較短，不斷增加VDS會(huì)使漏區(qū)的耗盡層一直擴(kuò)展到源區(qū)，使溝道長(zhǎng)度為零，即產(chǎn)生漏源間的穿通，穿通后，源區(qū)中的多數(shù)載流子，將直接受耗盡層電場(chǎng)的吸引，到達(dá)漏區(qū)，產(chǎn)生大的ID

　　4.柵源擊穿電壓BVGS

　　·在增加?xùn)旁措妷哼^(guò)程中，使柵極電流IG由零開(kāi)始劇增時(shí)的VGS，稱(chēng)為柵源擊穿電壓BVGS。

　　5.低頻跨導(dǎo)gm

　　·在VDS為某一固定數(shù)值的條件下，漏極電流的微變量和引起這個(gè)變化的柵源電壓微變量之比稱(chēng)為跨導(dǎo)

　　·gm反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力

　　·是表征MOS管放大能力的一個(gè)重要參數(shù)

　　·一般在十分之幾至幾mA/V的范圍內(nèi)

　　6.導(dǎo)通電阻RON

　　·導(dǎo)通電阻RON說(shuō)明了VDS對(duì)ID的影響，是漏極特性某一點(diǎn)切線的斜率的倒數(shù)

　　·在飽和區(qū)，ID幾乎不隨VDS改變，RON的數(shù)值很大，一般在幾十千歐到幾百千歐之間

　　·由于在數(shù)字電路中，MOS管導(dǎo)通時(shí)經(jīng)常工作在VDS=0的狀態(tài)下，所以這時(shí)的導(dǎo)通電阻RON可用原點(diǎn)的RON來(lái)近似

　　·對(duì)一般的MOS管而言，RON的數(shù)值在幾百歐以內(nèi)

　　7.極間電容

　　·三個(gè)電極之間都存在著極間電容：柵源電容CGS、柵漏電容CGD和漏源電容CDS

　　·CGS和CGD約為1～3pF

　　·CDS約在0.1～1pF之間

　　8.低頻噪聲系數(shù)NF

　　·噪聲是由管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的不規(guī)則性所引起的

　　·由于它的存在，就使一個(gè)放大器即便在沒(méi)有信號(hào)輸人時(shí)，在輸出端也出現(xiàn)不規(guī)則的電壓或電流變化

　　·噪聲性能的大小通常用噪聲系數(shù)NF來(lái)表示，它的單位為分貝（dB）

　　·這個(gè)數(shù)值越小，代表管子所產(chǎn)生的噪聲越小

　　·低頻噪聲系數(shù)是在低頻范圍內(nèi)測(cè)出的噪聲系數(shù)

　　·場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)約為幾個(gè)分貝，它比雙極性三極管的要小

　　ir2110驅(qū)動(dòng)mos管詳解

　　一、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

　　1、H橋工作原理及驅(qū)動(dòng)分析

　　要控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，需要給電機(jī)提供正反向電壓，這就需要四路開(kāi)關(guān)去控制電機(jī)兩個(gè)輸入端的電壓。H橋驅(qū)動(dòng)原理等效原理圖圖如圖3-5所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1和S3閉合時(shí)，電流從電機(jī)左端流向電機(jī)的右端，設(shè)此時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎?；?dāng)開(kāi)關(guān)S2和S4閉合時(shí)，電流從電機(jī)右端流向電機(jī)左端，電機(jī)沿反方向旋轉(zhuǎn)。

　　常用可以作為H橋的電子開(kāi)關(guān)器件有繼電器，三極管，MOS管，IGBT管等。普通繼電器屬機(jī)械器件，開(kāi)關(guān)次數(shù)有限，開(kāi)關(guān)頻率上限一般在30HZ左右，而且繼電器內(nèi)部為感性負(fù)載，對(duì)電路的干擾比較大，但繼電器可以把控制部分與被控制部分分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)由小信號(hào)控制大信號(hào)，所以高壓控制中一般會(huì)用到繼電器。三極管屬于電流驅(qū)動(dòng)型器件，設(shè)基極電流為IB，集電極電流為IC，三極管的放大系數(shù)為β，電源電壓VCC，集電極偏置電阻RC，如果IB*β》=IC，則三極管處于飽和狀態(tài)，可以當(dāng)作開(kāi)關(guān)使用，集電極飽和電流IC=VCC/RC，由此可見(jiàn)集電極的輸出電流受到RC的限制，不適合應(yīng)用于電流要求較高的場(chǎng)合。MOS管屬于電壓驅(qū)動(dòng)型器件，對(duì)于NMOS來(lái)說(shuō)，只要VDS≥VGS-VT即可實(shí)現(xiàn)NMOS的飽和導(dǎo)通，MOS管開(kāi)啟與關(guān)斷的能量損失僅是對(duì)柵極和源極之間的寄生電容的充放電，對(duì)MOS管驅(qū)動(dòng)端要求不高，同時(shí)MOS端可以做到很大的電流輸出，因此一般用于需要大電流的場(chǎng)所。IGBT則是結(jié)合了三極管和MOS管的優(yōu)點(diǎn)制造的器件，一般用于高壓控制電路中。綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用了4只NMOS管IRF3205組成H橋，其具有導(dǎo)通電阻RDS小，官方數(shù)據(jù)手冊(cè)顯示僅為8.0毫歐，電流ID可以達(dá)到110A等優(yōu)點(diǎn)。NMOS組成的H橋模型如圖3-6所示。

　　結(jié)合圖3-6來(lái)分析討論H的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。首先分析由Q1和Q4組成的通路，當(dāng)Q1和Q4關(guān)斷時(shí)，F(xiàn)點(diǎn)的電位處于“懸浮”狀態(tài)，即不確定電位，Q2和Q3也關(guān)斷。在打開(kāi)Q4之前，先打開(kāi)Q1，給Q1的G極12V的電壓，由于F點(diǎn)“懸浮”狀態(tài)，則F點(diǎn)可以是任何電平，不能保證前面說(shuō)的柵極電壓高于源極電壓，這樣可能導(dǎo)致Q1打開(kāi)失?。辉诖蜷_(kāi)Q4之后，嘗試打開(kāi)Q1，在Q1打開(kāi)之前，F(xiàn)點(diǎn)為低電位，給Q1的G極加上12V電壓，Q1打開(kāi)，由于Q1飽和導(dǎo)通，F(xiàn)點(diǎn)的電平等于電源電壓，此時(shí)Q1的G極電壓小于Q1的S極電壓，Q1關(guān)斷，Q1打開(kāi)失敗。Q2和Q3的情況與Q1和Q4相似。要打開(kāi)由NMOS構(gòu)成的H橋的上管，必須處理好F點(diǎn)（也就是上管的S極）的“懸浮”問(wèn)題。由于NMOS的S極一般接地，所有構(gòu)成H橋的上管S極稱(chēng)為“浮地”。要使上管NMOS飽和打開(kāi)，必須使上管的G極相對(duì)于浮地有10-15V的電壓差，所以本設(shè)計(jì)采用IR2110懸浮驅(qū)動(dòng)NMOS管方案，可以有效的解決上管的S極的“懸浮”問(wèn)題［1］。3.3.2前級(jí)PWM信號(hào)和方向控制信號(hào)邏輯處理電路設(shè)計(jì)分析

　　由于H橋控制MOS管的開(kāi)關(guān)需要4路控制信號(hào)，對(duì)于由NMOS管組成H橋的一側(cè)而言，一般情況下，上下兩管共用一個(gè)控制信號(hào)，并且其中一只NMOS管的控制信號(hào)是將共用的控制信號(hào)反向得到的，如圖3-7所示，74HC14的作用是將輸入的控制信號(hào)反向作為下管的控制信號(hào)，從而保證上下兩個(gè)MOS管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，那么對(duì)于一個(gè)完整的H橋就要2路PWM信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的速度和正反轉(zhuǎn)，而且兩路PWM信號(hào)還必須保證同步且極性相反，對(duì)于低端單片機(jī)而言這一點(diǎn)不是很容易做到。