MOS管导通条件概述-过程-压降-提高效率等详解

MOS管导通特性概述

金属-氧化层半导体场效晶体管，简称金氧半场效晶体管是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为“N型”与“P型”的MOSFET，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称尚包括NMOSFET、PMOSFET、等。

MOS管导通过程

导通时序可分为to_t1、t1t2、 t2~t3 、t3~t4四个时间段，这四个时间段有不同的等效电路。

1）t0-t1：C GS1 开始充电，栅极电压还没有到达V GS（th），导电沟道没有形成，MOSFET仍处于关闭状态。

2）[t1-t2]区间, GS间电压到达Vgs（th），DS间导电沟道开始形成，MOSFET开启，DS电流增加到ID, Cgs2 迅速充电，Vgs由Vgs（th）指数增长到Va。

3）[t2-t3]区间,MOSFET的DS电压降至与Vgs相同,产生Millier效应，Cgd电容大大增加,栅极电流持续流过，由于C gd 电容急剧增大，抑制了栅极电压对Cgs 的充电,从而使得Vgs 近乎水平状态，Cgd 电容上电压增加,而DS电容上的电压继续减小。

4）[t3-t4]区间,至t3时刻,MOSFET的DS电压降至饱和导通时的电压,Millier效应影响变小，Cgd 电容变小并和Cgs 电容一起由外部驱动电压充电, Cgs 电容的电压上升,至t4时刻为止.此时C gs 电容电压已达稳态,DS间电压也达最小，MOSFET完全开启。

MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。和晶体管不一样，MOS管的参数中没有直接给出管压降，而是给出导通电阻Rds（on），SI2301的导通电阻在Dd=3.6A时是85mΩ，在Id=2A时是115mΩ，这样可算出它的管压降在3.6A和2A时分别为0.306V和0.23V。

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(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或10V就可以了。?PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，使用与源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

MOS管导通压降多大

如图一个用于信号控制的小功率N沟道MOS管2N7000，当Rds（on）是MOS管导通时，D极和S极之间的内生电阻，它的存在会产生压降，所以越小越好。D极与S极间电流Id最大时完全导通。在图中可以看到Vgs=10v完全导通，电阻Rds=5欧左右，电流Id=500mA（最大，完全导通），产生压降Vds=2.5v。而Vgs=4.5v时，Id=75mA（不是最大，没完全导通），Rds=5.3欧左右，虽然没完全导通，但产生的压降Vds=0.4v最小，比Vgs=10v产生的压降小得多。对于信号控制（控制DS极导通接地实现高低平）来说只要电压，不需要电流（为什么？这里是信号和电源的区别，基础很重要，这里不做解释，不懂的请先恶补一下基础），所以只要求MOS管导通时产生的压降越小越好，可以使D极的电压直接被拉为接近0v，因此首选Vgs=4.5v左右，而不选10v。有些用于信号控制的MOS管如2N7002K，Vgs为10V和4.5V时产生的压降差不多，MOS管驱动电路，可以根据情况选择10v或者4.5v左右的导通电压。因此对信号控制来说，原则上是选择导通时产生的压降越小越好。

那么对于使用在电源控制方面，既需要电压也需要电流的大功率MOS管来说，就需要完全导通，那么导通电压是多少呢？我们再来看一个大功率N沟道MOS管AO1428A，如下图

从图中可以看出Vgs为10v和4.5v时，Id为12.4A，都达到最大，都可完全导通。但10v比4.5v的导通电阻小，产生压降小（大约差0.7v），并且10v的开关速度快，损失的能量少，开关效率高，所以首选10v。至于P沟道MOS管，跟N沟道的差不多，这时不做解析了，它用在信号控制方面的很少，主要是用在电源控制如AO4425，G极电压必须低于S极10V以上，也就是Vgs《-10v，才能完全导通（Rds= 9 mΩ左右）。如下图

总结：信号控制使用的MOS管，只要电压，不需要电流，要求导通时产生的压降Vds最小，首选Vgs=4.5v左右，对信号控制来说，原则上是选择导通时产生的压降越小越好。电源控制使用的MOS管，既要电压也要电流，要求完全导通，要求Id最大，产生的压降Vds最小，首选Vgs=10v左右。

如何把Mos管导通时电压降控制在最小？

在用FDS6890A型号N-mos，用作开关，漏极加10伏电压，栅极加0到5伏方波控制导通闭合，但是测量源极电压时候只有0到8伏的方波输出。

怎么提高Mos管效率，或者是用一些高级点的电路？

首先要了解MOS管的工作原理。MOS管与一般晶体三极管是不同的。它是电压控制元件，它是栅极电压控制的是S-D极间的体电阻。在栅极施加不同的电压，源-漏极之间就会有电阻的变化，这就是MOS管的工作原理。栅极电压对应在器件S-D极的电阻变化曲线可以查器件手册。根据MOS管的这个特性，既可以选择将MOS管作放大器工作，也可以选择作为开关工作。

根据以上原理分析，在你的问题中，如果要使MOS管作在开关状态，就要对栅极施加足够的电压，它才能充分起到开关作用。你在栅极施加的电压只有5V（对于单管而言我认为栅极电压低了，一般应该在12V左右比较好），这个电压下MOS管的夹断电阻依然比较大，所以输出只有8V。

导通与截止由栅源电压来控制，对于增强型场效应管来说，N沟道的管子加正向电压即导通，P沟道的管子则加反向电压。一般2V～4V就可以了。但是，场效应管分为增强型（常开型）和耗尽型（常闭型），增强型的管子是需要加电压才能导通的，而耗尽型管子本来就处于导通状态，加栅源电压是为了使其截止。

开关只有两种状态通和断，三极管和场效应管工作有三种状态：

1、截止；

2、线性放大；

3、饱和（基极电流继续增加而集电极电流不再增加）；

使晶体管只工作在1和3状态的电路称之为开关电路，一般以晶体管截止，集电极不吸收电流表示关；以晶体管饱和，发射极和集电极之间的电压差接近于0V时表示开。开关电路用于数字电路时，输出电位接近0V时表示0，输出电位接近电源电压时表示1。所以数字集成电路内部的晶体管都工作在开关状态。场效应管按沟道分可分为Ｎ沟道和Ｐ沟道管（在符号图中可看到中间的箭头方向不一样）。

按材料分可分为结型管和绝缘栅型管，绝缘栅型又分为耗尽型和增强型，一般主板上大多是绝缘栅型管简称MOS管，并且大多采用增强型的Ｎ沟道，其次是增强型的Ｐ沟道，结型管和耗尽型管几乎不用。场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电,被称之为双极型器件.有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好。