MOSFET特性及其几种常用驱动电路

一、MOS管的种类和结构

MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET)，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。

对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。下面的介绍中，也多以NMOS为主。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免。

在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载(如电机等)，这个二极管很重要。体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。

二、MOS管的导通特性

导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低边驱动)，一般栅极电压最好达到12V以上。

PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高边驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高边驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高边驱动中，通常还是使用NMOS。

三、MOS开关管损失

不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。

MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。

导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。

四、MOS管驱动

跟三极管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，需要考虑导通速度。

在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时首先要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。其次需要注意的是，普遍用于高边驱动的NMOS，导通时需要栅极电压大于源极电压。而高边驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同，所以这时栅极电压要比VCC大一些。如果在同一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达等驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

上边说的大于12V的常用MOS管的导通电压（低压管可能要小一些），设计时是需要有一定的余量的。而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。但导通电压一般不要超过20V。

五、MOS管驱动电路

一个好的MOSFET驱动电路有以下几点要求：

(1)开关管开通瞬时，驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值，保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡。

(2)开关导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定且可靠导通。

(3)关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放，保证开关管能快速关断。

(4)驱动电路结构简单可靠、损耗小。

(5)根据情况施加隔离。

下面介绍几种常用的驱动电路。

1、电源IC直接驱动

电源IC直接驱动是最简单的驱动方式，应该注意几个参数以及这些参数的影响。

（1）、查看电源IC手册的最大驱动峰值电流，因为不同芯片，驱动能力很多时候是不一样的。

（2）、了解MOS管的寄生电容，如图C1、C2的值，这个寄生电容越小越好。如果C1、C2的值比较大，MOS管导通的需要的能量就比较大，如果电源IC没有比较大的驱动峰值电流，那么管子导通的速度就比较慢，就达不到想要的效果。

2、推挽驱动

当电源IC驱动能力不足时，可以用推挽驱动。这种驱动电路好处是提升电流提供能力，迅速完成对于栅极输入电容电荷的充电过程。这种拓扑增加了导通所需要的时间，但是减少了关断时间，开关管能快速开通且避免上升沿的高频振荡。

3、加速关断驱动

MOS管一般都是慢开快关。在关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压快速泄放，保证开关管能快速关断。为使栅源极间电容电压的快速泄放，常在驱动电阻上并联一个电阻和一个二极管，如上图所示，其中D1常用的是快恢复二极管。这使关断时间减小，同时减小关断时的损耗。Rg2是防止关断的时电流过大，把电源IC给烧掉。

如上图，是之前用的一个电路，量产至少上万台，推荐使用。用三极管来泄放栅源极间电容电压是比较常见的。如果Q1的发射极没有电阻，当PNP三极管导通时，栅源极间电容短接，达到最短时间内把电荷放完，最大限度减小关断时的交叉损耗。还有一个好处，就是栅源极间电容上的电荷泄放时电流不经过电源IC，提高了可靠性。

4、隔离驱动

为了满足高边MOS管的驱动，经常会采用变压器驱动。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的电感与C1形成LC振荡，C1的目的是隔开直流，通过交流，同时也能防止磁芯饱和。