MOS管开关电路知识-解析MOS管在开关电路中的使用

MOS管开关电路是利用MOS管栅极（g）控制MOS管源极（s）和漏极（d）通断的原理构造的电路。因MOS管分为N沟道与P沟道，所以开关电路也主要分为两种。

一般情况下普遍用于高端驱动的MOS，导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的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4V或10V.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。（所以看手册，具体分析）

MOS管是电压驱动，按理说只要栅极电压到到开启电压就能导通DS，栅极串多大电阻均能导通。但如果要求开关频率较高时，栅对地或VCC可以看做是一个电容，对于一个电容来说，串的电阻越大，栅极达到导通电压时间越长，MOS处于半导通状态时间也越长，在半导通状态内阻较大，发热也会增大，极易损坏MOS，所以高频时栅极栅极串的电阻不但要小，一般要加前置驱动电路的。

MOS管也就是常说的场效应管（FET），有结型场效应管、绝缘栅型场效应管（又分为增强型和耗尽型场效应管）。也可以只分成两类P沟道和N沟道，这里我们就按照P沟道和N沟道分类。对MOS管分类不了解的可以自己上网查一下。

场效应管的作用主要有信号的转换、控制电路的通断，这里我们讲解的是MOS管作为开关管的使用。对于MOS管的选型，注意4个参数：漏源电压（D、S两端承受的电压）、工作电流（经过MOS管的电路）、开启电压（让MOS管导通的G、S电压）、工作频率（最大的开关频率）。下面我们看一下MOS管的引脚，如下图所示：   

有3个引脚，分别为G（栅极）、S（源极）、D（漏极）。在开关电路中，D和S相当于需要接通的电路两端，G为开关控制。这里给大家分享一个自己的分辨P沟道和N沟道的方法，我们就看中间的箭头，把G（栅极）连接的部分当做沟道，大家都知道PN结，而不是NP结，那么就是P指向N的，所以脑海里想到这样的情景 P-->N，所以箭头都是P-->N的，那么中间的箭头指向的就是N，如果指向沟道那就是N沟道，如果指向的是S（没有指向沟道），那就是P沟道。这个方法也适用于三极管的判别（NPN、PNP）。

在上图中我们可以看到右边都有一个寄生二极管，起到保护的作用。那么根据二极管的单向导电性我们也能知道在电路连接中，D和S应该如何连接。使用有寄生二极管的N沟道MOS管的情况下，D的电压要高于S的电压，否则MOS管无法正常工作（二极管导通）。使用有寄生二极管的P沟道MOS管，S的电压要高于D的电压，原因同上。

下面是MOS管的导通条件，只要记住电压方向与中间箭头方向相反即为导通（当然这个相反电压需要达到MOS管的开启电压）。比如导通电压为3V的N沟道MOS管，只要G的电压比S的电压高3V即可导通（D的电压也要比S的高）。同理，导通电压为3V的P沟道MOS管，只要G的电压比S的电压低3V即可导通（S的电压比D的高）。在电路中的典型应用如下图所示，分别为N沟道与P沟道的MOS管驱动电路：                

我们可以看到，N沟道的MOS管的电路中，BEEP引脚为高电平即可导通，蜂鸣器发出声音，低电平关闭蜂鸣器；P沟道的MOS管是用来控制GPS模块的电源通断，GPS_PWR引脚为低电平时导通，GPS模块正常供电，高电平时GPS模块断电。

以上两个应用电路中，N沟道和P沟道MOS管不能互相替代，如下两个应用电路不能正常工作：

MOS开关电路管损失

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。

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