在使用mos管設(shè)計(jì)開關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候，大部分人都會(huì)考慮mos的導(dǎo)通電阻，最大電壓等，最大電流等，也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的，但并不是優(yōu)秀的，作為正式的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是不允許的。
下面是我對(duì)mosfet及mosfet驅(qū)動(dòng)電路基礎(chǔ)的一點(diǎn)總結(jié)，其中參考了一些資料，非全部原創(chuàng)。包括mos管的介紹，特性，驅(qū)動(dòng)以及應(yīng)用電路。
1，mos管種類和結(jié)構(gòu)
mosfet管是fet的一種（另一種是jfet），可以被制造成增強(qiáng)型或耗盡型，p溝道或n溝道共4種類型，但實(shí)際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的n溝道m(xù)os管和增強(qiáng)型的p溝道m(xù)os管，所以通常提到nmos，或者pmos指的就是這兩種。
至于為什么不使用耗盡型的mos管，不建議刨根問底。
對(duì)于這兩種增強(qiáng)型mos管，比較常用的是nmos。原因是導(dǎo)通電阻小，且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，一般都用nmos。下面的介紹中，也多以nmos為主。
mos管的三個(gè)管腳之間有寄生電容存在，這不是我們需要的，而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些，但沒有辦法避免，后邊再詳細(xì)介紹。
在mos管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載（如馬達(dá)），這個(gè)二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個(gè)的mos管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。
2，mos管導(dǎo)通特性
導(dǎo)通的意思是作為開關(guān)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。
nmos的特性，vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到4v或10v就可以了。
pmos的特性，vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接vcc時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，雖然pmos可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用nmos。
3，mos開關(guān)管損失
不管是nmos還是pmos，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的mos管會(huì)減小導(dǎo)通損耗?，F(xiàn)在的小功率mos管導(dǎo)通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。
mos在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的。mos兩端的電壓有一個(gè)下降的過程，流過的電流有一個(gè)上升的過程，在這段時(shí)間內(nèi)，mos管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開關(guān)頻率越快，損失也越大。
導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大?？s短開關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失；降低開關(guān)頻率，可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開關(guān)損失。
4，mos管驅(qū)動(dòng)
跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使mos管導(dǎo)通不需要電流，只要gs電壓高于一定的值，就可以了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。
在mos管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在gs，gd之間存在寄生電容，而mos管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì)比較大。選擇/設(shè)計(jì)mos管驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。
第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的nmos，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的mos管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（vcc）相同，所以這時(shí)柵極電壓要比vcc大4v或10v。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比vcc大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)mos管。
上邊說的4v或10v是常用的mos管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需要有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小?，F(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的mos管用在不同的領(lǐng)域里，但在12v汽車電子系統(tǒng)里，一般4v導(dǎo)通就夠用了。
mos管的驅(qū)動(dòng)電路及其損失，可以參考microchip公司的an799 matching mosfet drivers to mosfets。講述得很詳細(xì)，所以不打算多寫了。
5，mos管應(yīng)用電路
mos管最顯著的特性是開關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也有照明調(diào)光。
現(xiàn)在的mos驅(qū)動(dòng)，有幾個(gè)特別的需求，
1，低壓應(yīng)用
當(dāng)使用5v電源，這時(shí)候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結(jié)構(gòu)，由于三極管的be有0.7v左右的壓降，導(dǎo)致實(shí)際最終加在gate上的電壓只有4.3v。這時(shí)候，我們選用標(biāo)稱gate電壓4.5v的mos管就存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。
同樣的問題也發(fā)生在使用3v或者其他低壓電源的場(chǎng)合。
2，寬電壓應(yīng)用
輸入電壓并不是一個(gè)固定值，它會(huì)隨著時(shí)間或者其他因素而變動(dòng)。這個(gè)變動(dòng)導(dǎo)致pwm電路提供給mos管的驅(qū)動(dòng)電壓是不穩(wěn)定的。
為了讓mos管在高gate電壓下安全，很多mos管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強(qiáng)行限制gate電壓的幅值。在這種情況下，當(dāng)提供的驅(qū)動(dòng)電壓超過穩(wěn)壓管的電壓，就會(huì)引起較大的靜態(tài)功耗。
同時(shí)，如果簡(jiǎn)單的用電阻分壓的原理降低gate電壓，就會(huì)出現(xiàn)輸入電壓比較高的時(shí)候，mos管工作良好，而輸入電壓降低的時(shí)候gate電壓不足，引起導(dǎo)通不夠徹底，從而增加功耗。
3，雙電壓應(yīng)用
在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5v或者3.3v數(shù)字電壓，而功率部分使用12v甚至更高的電壓。兩個(gè)電壓采用共地方式連接。
這就提出一個(gè)要求，需要使用一個(gè)電路，讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的mos管，同時(shí)高壓側(cè)的mos管也同樣會(huì)面對(duì)1和2中提到的問題。
在這三種情況下，圖騰柱結(jié)構(gòu)無法滿足輸出要求，而很多現(xiàn)成的mos驅(qū)動(dòng)ic，似乎也沒有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。
于是我設(shè)計(jì)了一個(gè)相對(duì)通用的電路來滿足這三種需求。
電路圖如下：
圖1 用于nmos的驅(qū)動(dòng)電路
圖2 用于pmos的驅(qū)動(dòng)電路
這里我只針對(duì)nmos驅(qū)動(dòng)電路做一個(gè)簡(jiǎn)單分析：
vl和vh分別是低端和高端的電源，兩個(gè)電壓可以是相同的，但是vl不應(yīng)該超過vh。
q1和q2組成了一個(gè)反置的圖騰柱，用來實(shí)現(xiàn)隔離，同時(shí)確保兩只驅(qū)動(dòng)管q3和q4不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。
r2和r3提供了pwm電壓基準(zhǔn)，通過改變這個(gè)基準(zhǔn)，可以讓電路工作在pwm信號(hào)波形比較陡直的位置。
q3和q4用來提供驅(qū)動(dòng)電流，由于導(dǎo)通的時(shí)候，q3和q4相對(duì)vh和gnd最低都只有一個(gè)vce的壓降，這個(gè)壓降通常只有0.3v左右，大大低于0.7v的vce。
r5和r6是反饋電阻，用于對(duì)gate電壓進(jìn)行采樣，采樣后的電壓通過q5對(duì)q1和q2的基極產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的負(fù)反饋，從而把gate電壓限制在一個(gè)有限的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值可以通過r5和r6來調(diào)節(jié)。
最后，r1提供了對(duì)q3和q4的基極電流限制，r4提供了對(duì)mos管的gate電流限制，也就是q3和q4的ice的限制。必要的時(shí)候可以在r4上面并聯(lián)加速電容。
這個(gè)電路提供了如下的特性：
1，用低端電壓和pwm驅(qū)動(dòng)高端mos管。
2，用小幅度的pwm信號(hào)驅(qū)動(dòng)高gate電壓需求的mos管。
3，gate電壓的峰值限制
4，輸入和輸出的電流限制
5，通過使用合適的電阻，可以達(dá)到很低的功耗。
6，pwm信號(hào)反相。nmos并不需要這個(gè)特性，可以通過前置一個(gè)反相器來解決。 來源:最高點(diǎn)
