【图文讲解】MOS管开关电路设计

MOS管的基本知识

MOS管可以分为增强型和耗尽型，增强型又分为P沟道和N沟道，耗尽型也分P沟道和N沟道，实际应用中我们所说的NMOS和PMOS都是指N沟道和P沟道增强型的MOS管。所以我们这儿说的MOS管都是这两种类型。对于这两种MOS管，我们比较常用的是NMOS。原因如下：

（1）导通电阻小，可以做到几个毫欧的电阻，传导损耗小。

（2）输入电阻非常高，能够达到上亿欧姆，几乎不计电流。

（3）开关速度快，开关损耗低，特别适合做开关电源。

（4）较强的电流处理能力。

MOS管的三个脚之间都存在寄生电容，是由制造工艺产生的，我们无法改变。所以在电路设计的时候会有一些我们必须要考虑的因素。图一中可以看到NMOS和PMOS两种管的的区别。

图一

MOS管的开关特性

1、P沟道MOS管开关电路

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（高端驱动）。需要注意的是，Vgs指的是栅极G与源极S的电压，即栅极低于电源一定电压就导通，而非相对于地的电压。但是由于PMOS导通内阻比较大，所以只适用低功率的情况。大功率仍然使用N沟道MOS管。如图二所示。

2、N沟道MOS管开关电路

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（低端驱动），只要栅极电压大于参数手册中给定的Vgs就可以，漏极D接电源，源极S接地。需要注意的是Vgs指的是栅极G与源极S的压差，所以当NMOS作为高端驱动时候，当漏极D与源极S导通时，漏极D与源极S电势相等，那么栅极G必须高于源极S与漏极D电压，漏极D与源极S才能继续导通。如图二所示。

图二

MOS管开关电路实列1（MOS管用于控制负载）

导通条件：Vgs＞Vth，R1、R2的作用是为了给G、S之间创造一个Vgs电压，不需要去关心G、D之间的电压关系（只要没有达到击穿电压）。另外S极不一定需要接地，只需要满足Vg与Vs之间的一个电势差大于Vth，MOS管依然能够起到一个开关作用。

需要注意的事项：

（1）注意IO口的最大驱动峰值电流，不同芯片的IO口驱动能力不一样。

（2）了解MOS管的寄生电容，如果寄生电容值较大，导通需要的能量越大，如果IO口的输出电流峰值较小，管子导通就相对较慢。

图三

MOS管开关电路实列2（MOS管控制电源输出）

这里我们使用NPN和NMOS管进行开关设计（如图四），当Q2输入低电平时候，三极管Q2不导通，MOS管Q1的Vgs=0，MOS管Q1不导通。当Q2输入电平为高时，三极管导通，MOS管Q1的Vgs＞Vth，MOS管Q1导通。

图四

需要注意的事项：

（1）注意MOS管 D、S之间的二极管的方向，不导通的时候，二极管方向应该与电源输出方向相反。

（2）由于MOS管导通的时候存在内阻，所以MOS管输出电压小于实际输入电压。

总结以上知识，在选MOS管做开关时，首先选MOS管的Vds电压和其Vth开启电压，再就是Id电流值是否满足系统需要，虽然在这些都满足的条件下，我们也不能忘记关于MOS管所产生的寄生电容，当我们选择的控制IO口由于带载能力较弱，而MOS管之间存在较大的寄生电容，这时我们的开关就不能及时响应，然后再考虑封装、功耗、价格之类次要一些的因素，以上是用N沟道MOS管举例，P沟道MOS管基本也是一样的原理。