MOS管电路工作原理及详解

MOS管电路工作原理及详解开始之前，一个小测试：电路符号G（栅极）呢？请回答：哪个脚是S（源极）？哪个脚是D（漏极）？是P沟道还是N沟道MOS？如果接入电路，D极和S极，哪一个该接输入，哪个接输出？你答对了吗？再来一个，试试看：电路符号G（栅极）呢？哪个脚是S（源极）？哪个脚是D（漏极）？是P沟道还是N沟道MOS？依据是什么？如果接入电路，D极和S极，哪一个该接输入，哪个接输出？这次怎么样？电路符号1三个极怎么判定？MOS管符号上的三个脚的辨认要抓住关键地方。D极，不论是P沟道还是N沟道，是单独引线的那边。S极G极D极G极，不用说比较好认。S极，不论是P沟道还是N沟道，两根线相交的就是；电路符号2他们是N沟道还是P沟道？三个脚的极性判断完后，接下就该判断是P沟道还是N沟道了：S极G极D极箭头指向G极的是N沟道N沟道MOSFET电路符号S极G极D极箭头背向G极的是P沟道当然也可以先判断沟道类型，再判断三个脚极性。P沟道MOSFET电路符号S极G极D极小测试：先判断是什么沟道，再判断三个脚极性。S极G极D极231123P沟道MOSFETN沟道MOSFET电路符号3寄生二极管的方向如何判定？接下来，是寄生二极管的方向判断：S极G极D极N沟道S极G极D极P沟道它的判断规则就是：N沟道，由S极指向D极；P沟道，由D极指向S极。寄生二极管电路符号S极G极D极N沟道S极G极D极P沟道上面方法不太好记，一个简单的识别方法是：（想像DS边的三节断续线是连通的）不论N沟道还是P沟道MOS管，中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭头方向总是一致的：要么都由S指向D，要么都由D指向S。0V截止5V导通电路符号4它能干吗用呢？在我们天天面对的笔记本主板上，MOS管有两大作用：1.开关作用；2.隔离作用。此处电压被拉低开关作用(1):PQ27控制脚为低电平电路符号此处电压不被拉低3VGND导通0V截止开关作用(1):PQ27控制脚为高电平电路符号以上MOS开关实现的是信号切换（高低电平切换）。再来看个MOS开关实现电压通断的例子吧。由+1.5V_SUS产生+1.5V电路（1）0V截止0V电路符号MOS开关实现电压通断的例子：由+1.5V_SUS产生+1.5V电路（2）+15V导通+1.5V电路符号看过前面的例子，你能总结出“MOS管用做开关时在电路中的连接方法”吗？其实关键就是：确定哪一个极连接输入端；哪个极连接输出端。控制极电平为“？V”时MOS管导通（饱和导通）？控制极电平为“？V”时MOS管截止？回顾前面的例子，你找到它们的规律了吗？小提示：MOS管中的寄生二极管方向是关键。电路符号小结：“MOS管用作开关时在电路中的连接方法”NMOS管：D极接输入；S极接输出。PMOS管：S极接输入；D极接输出。S极G极D极P沟道S极G极D极N沟道输入端输入端输出端输出端导通时导通时电路符号反证：NMOS管正确接法：D极接输入；S极接输出。PMOS管正确接法：S极接输入；D极接输出。S极G极D极P沟道S极G极D极N沟道输入假如：S接输入，D接输出呢？输出由于寄生二极管直接导通，因此S极电压可以无条件到D极，MOS管就失去了开关的作用。假如反接：D接输入，S接输出。输入输出同样失去了开关作用。电路符号小结：“MOS管的开关条件”前面解决了MOS管的接法问题，接下来谈谈MOS管的开关条件：控制极电平为“？V”时MOS管导通（饱和导通）？控制极电平为“？V”时MOS管截止？这个问题涉及到MOS管原理，我们这里不谈，只记结果：不论N沟道还是P沟道MOS管，G极电压都是与S极做比较。N沟道：UGUS时导通。（简单认为）UG=US时截止。P沟道：UGUS时导通。（简单认为）UG=US时截止。但UG比US大（或小）多少伏时MOS管才会饱和导通呢？电路符号UG比US大（或小）多少伏时MOS管才会饱和导通呢？这要看具体的MOS管，不同MOS管需要的压差不同。饱和导通问题：在笔记本主板上用到的NMOS可简单分作两大类：信号切换用MOS管：UG比US大3V---5V即可，实际上只要导通即可，不必须饱和导通。比如常见的：2N7002，2N7002E，2N7002K，2N7002D，FDV301N。电压通断用MOS管：UG比US应大于10V以上，而且开通时必须工作在饱和导通状态。常见的有：AOL1448，AOL1428A，AON7406，AON7702，MDV1660，AON6428L，AON6718L，AO4496，AO4712，AO6402A，AO3404，SI3456DDV，MDS1660URH，MDS2662URH，RJK0392DPA，RJK03B9DP。PMOS管则和NMOS条件刚好相反。电路符号示例1：S极G极D极0V导通3VNMOS管：2N7002E5V作用：信号切换（开关）常用接法：S极接地，US=0V。截止条件：UG=US=0V。导通条件：UG比US大3V---5V即可，UG=3V。S极G极D极电路符号示例2：导通+15VNMOS管：AON74065V作用：电压通断（开关）常用接法：D极接输入，UD=5V。S极接输出。截止条件：UG=US=0V。导通条件：UG比US大10V以上，UG=US+10V=15V。（导通时，US=5V）0V5VS极G极D极电路符号示例3：导通+6VPMOS管：AOD425+19V作用：电压通断（开关）常用接法：S极接输入，US=19V。D极接输出。截止条件：UG=US=19V。导通条件：UG比US小10V以上，UG=US-13V=6V。0V+19V+19V电路符号如果我们想实现线路上电流的单向流通，比如只让电流由A-B，阻止由B-A请问可以怎么做？AB方法1：加入一个二级管AB隔离作用：方法2：加入MOS管电路符号AB所以，所谓的MOS管的隔离作用，其实质也就是实现电路的单向导通，它就相当于一个二级管。此处MOS管实现的功能就是：隔离作用。但在电路中我们常用隔离MOS，是因为：使用二级管，导通时会有压降，会损失一些电压。而使用MOS管做隔离，在正向导通时，在控制极加合适的电压，可以让MOS管饱和导通，这样通过电流时几乎不产生压降。电路符号示例1：PMOS管：AOL1413作用：隔离AdapterBAT19V5V导通接地19V19V截止6V导通19V19V隔离大家有兴趣可分析一下：拔掉适配器后只用电池供电时AOL1413的工作情况，试试吧！笔记本电脑中用到的隔离MOS管只有两个。下面我们来分步讨论一下它的原理，为了方便，隔离MOS管都用二级管代替表示。笔记本主板上的隔离，其实质是将适配器电压（+19V）和电池电压（+12V左右）分隔开来。不让它们直接相通。但又能在拔除任意一种电源时，保证电脑都有持续的供电，实现电源无缝切换。电路符号VINAdapter19V19V隔离1.只用适配器时电路符号VINBAT12V12V隔离2.只用电池时问题：为什么在不用适配器时，还要用Q1隔离12V呢？Q1Q2我找到的一种解释是：人们在使用笔记本电脑时，经常会同时插上适配器和电池。如果遇到电网停电，笔记本会自动切换到电池12V供电。这个时候适配器虽然不再供电，但仍相连在笔记本上。如果没有Q1隔离，12V电压会直接进入适配器内部的输出电路，有可能烧毁适配器。这一解释自己没有做过验证，大家可以讨论一下对与错。BATAdapterQ1Q2电路符号19V12V19V隔离3.适配器+电池问题：如果不用Q2隔离，同时插上适配器和电池会怎样？现象是：大电流。当然这只有在维修稳压电源上才可以看到：电流直接达到稳压电源的最大值6A以上，短路灯狂闪。电池充电不就是用较高的电压加到电池上来进行的吗？那么，你觉得，为什么会出现这样的现象呢？电路符号讨论：“不用Q2隔离，或者是Q2被击穿短路时大电流的原因”19V12V19V12V0V7V7V电池电压一般是在12V以下，我们就将其看作12V。19V电源呢，我们也可以当作一个大电池，那么一个19V的电池和一个12V的电池如下相连，导线中电流会是多少呢？?A经过两次等效，就相当于将一根导线两端接到7V电池的两端。电路符号导线的电阻极小，如果我们认为它是0.1欧姆。那么在导线中流过的电流会是多少：7V?A701.07电流=稳压电源的最大电流一般是6A左右，所以会出现大电流报警。而正常的电池充电电压是经过芯片精密控制的，一般只比电池实际电压高出一点点，以保证电流不会过大造成电池过分发热。当Q2隔离管击穿短路后，长时间的超负荷工作，极有可能损坏适配器。电路符号MOS管作用总结：（结合寄生二极管）如果MOS管用作开关时，（不论N沟道还是P沟道），一定是寄生二极管的负极接输入边，正极接输出端或接地。否则就无法实现开关功能了。所以，N沟道一定是D极接输入，S极接输出或地。P沟道则相反，一定是S极接输入，D极接输出。如果MOS管用作隔离时，（不论N沟道还是P沟道），寄生二极管的方向一定是和主板要实现的单向导通方向一致。笔记本主板上用PMOS做隔离管的最常见，但也有极少的主板用NMOS来实现。电路符号5做个挑错游戏吧有没有发现过笔记本电路图上的MOS管也有画错的？通过前面的学习，我们来做个挑错游戏吧，看看你能发现多少错误？图1电路符号图2两张截图里，你发现了几处错误？答案在文档最后面。实物实物篇实物看看这些MOS管：呵呵，都是很常见的吧？G（栅极）呢？能告诉大家，哪个脚是S（源极）吗？哪个脚是D（漏极）？是P沟道还是N沟道MOS？呵呵，这个有点难哦。给你万用表，怎么测量MOS管是好是坏呢？实物1如何分辨三个极？首先，来看看常见的SO-8封装MOS管吧。共有八个脚，显然会有几个脚内部是相连的。第1步：请确定MOS管PIN1（第一脚）方法：芯片上会用一个小圆点标示出PIN1，它一般会在芯片的左下角。第2步：请确定MOS管其他脚方法：从PIN1开始，逆时针方向依次为2，3，…..6，7，8脚。实物第3步：请确定三个极。D极单独位于一边，而G极是第4PIN。剩下的3个脚则是S极。它们的位置是相对固定的，记住这一点很有用。请注意：不论NMOS管还是PMOS管，上述PIN脚的确定方法都是一样的。看看我们常见的NMOS管4816：假如MOS管表面磨损，或是无法辨认PIN1的标记圆点，你可以用什么方法确认PIN1脚，以及G极，D极和S极？拿出万用表，试试吧！实物再来看看相似的DFN封装MOS管：外形上来看，DNF封装的MOS管仍旧有8个脚，但已经变成贴片形式，节约了高度，散热性能更好些。但其PIN脚极性还是一样排列。还有UltraSO-8封装的MOS管：UltraSO-8封装的MOS管相对DFN封装厚度上有点增加，PIN1,2,3直接相连成为S极。实物接下来，看看6个脚的TSOP-6封装MOS管：SI3456PIN1,2,5,6为D极；PIN3为G极；PIN4为S极。同样是6个脚，的SOT-363封装MOS管则为双MOS管：实物最后，3PIN脚的MOS管：（1）SOT-23PIN1为G极；PIN2为S极；PIN3为D极。但请大家特别注意：主板上标示的PIN1与PIN2脚与此刚好颠倒了。主板图纸上也是如此。而且，似乎作为一种错误的习惯被保持了下来。另外一种3PIN脚的MOS管：（2）TO-25212321SGD图纸习惯常见型号有:AOD425123实物先从简单的开始，拿最常见的3PIN脚MOS管（SOT-23）讲起。2它是N沟道还是P沟道的呢？由上一小节内容，我们可以立即找到MOS管的G,S,D三极。SDG红表笔（+极）接D极，黑表笔（-极）接S极：如果，二极体值低于0.700V以下。接下来，将万用表调到“二极体档”。黑表笔（-极）接D极，红表笔（+极）接S极：二极体值高于1.200V以上。则可以判断，此MOS管==为PMOS管。0.620V1.220V交换表笔：实物过程如下：SDG红表笔（+极）接D极，黑表笔（-极）接S极：如果，二极体值高于1.200V以上。万用表调至“二极体档”。黑表笔（-极）接D极，红表笔（+极）接S极：二极体值低于0.70