MOS管雙向導通及正、反向導通應用解析-KIA MOS管

MOS管雙向導通

MOS管是常用的電子元器件,經常被用作功率開關來使用,如用在可控整流電路中、用作控制直流負載回路的通斷等。MOS管因為工 藝的原因,會存在寄生/體二極管,所以會存在雙向導通的問題。

MOS管的D、S極之間存在寄生二極管,被稱為體二極管。從MOS管的結構示意也可以看出寄生二極管的存在,如下圖:

寄生二極管是由生產工藝造成的, MOS管的漏極從硅片底片引出,從而產生了寄生的二極管。

寄生二極管可以起到以下兩個作用:

防止管子的源極和漏極反接時燒壞MOS管,也可以在電路有反向感生電壓時,為反向感生電壓提供通路,避免反向感生電壓擊穿MOS管。

綜上,功率型MOS管由于生產工藝的原因,其內部存在寄生二極管,也稱體二極管,當將反向電壓作用于D、S極時,其寄生二極管會反向導通。在MOS管開關瞬間時,比如采用MOS管實現的橋式驅動電路中,寄生二極管可用導通反向電流,避免反向高壓擊穿MOS管。

MOS管和三極管不同,是可以反向導通的。

MOS管有三個腳,柵極(G)、 漏極(D)和源極(S)。其中柵極(G)為導通的控制弓|腳。 MOS分為N溝道和P溝道兩種。MOS管導通時,電流可以從漏極(D)流向源極(S) ,電流也可以從源極(S)流向漏極(D)。

MOS管導通分析

在增強型MOS中,漏極(D)和源極(S)之間會有-個背靠著的PN結,柵極(G)沒有施加電壓時,總會有一個PN結反偏，導通不了。當在柵極(G)施加電壓后,柵極(G)和硅襯底之間的SiO2絕緣層中就會產生一個柵極(G)指向硅襯底的電場。

氧化物層兩邊形成一個電容,門極電壓等于對電容充電,受電壓吸引,電容另一邊聚集大量電子，形成導電溝道, MOS管開始導通,電流可以從漏極(D)流向源極(S) ,也可以從源極(S)流向漏極(D)。

MOS管的導通方向

MOS可以分為NMOS和PMOS。兩者在使用的時候,其電流方向是不一樣的。NMOS寄生二極管的正極在S源極上,負極在漏極D上,當作開關使用時電流ID的方向由漏極D指向源極S。

而PMOS寄生二極管的正極在漏極D上,負極在源極S上,當作開關使用時電流由源極S指向漏極D。

上圖是NMOS和PMOS的電路符號和電流的方向, MOS在直流電路中應用的時候一定要注意電流的方向。電流方向與寄生二極管的方向是相反的。

MOS管反向導通的應用

電源防反接電路可以通過二極管/整流橋來實現,但是會帶來電壓降,對于低壓而言不適用。MOS管也可以用作電源的防反接。下面以PMOS防反接為例來講解。PMOS防反接電路示意圖如下圖所示。

電源反接時, G為電平, UGS>0 ,所以PMOS不導通;電源正接時, G為低電平,由于寄生二極管的存在,所以S的電平是V-0.7 ,所以UGS<0,電路導通,正常工作。

使用NMOS也可以實現電源防反接。在使用時必須要注意: PMOS要放在高邊; NMOS要放在低邊。

MOS管正、反向導通應用

充電寶大家都用過吧?有一種充電寶只有一個接口 ,充電和放電共用這個接口，它會自識別插入的是充電器還是手機，接上充電器時,自動對充電寶進行充電;接上手機時,自動切換為放電,對手機進行充電。

這種設計就需要用到MOS的雙向導通特性了, 充電時,電流從MOS的源極(S)流向漏極(D) ,放電時,電流從漏極(D)流向源極(S)。

MOS管驅動電路

MOS是電壓驅動型器件,驅動電壓滿足它的門極開啟電壓( Vgs )就可以讓它導通。

N溝道MOS管: DR為高電平時導通；P溝道MOS管: DR為低電平時導通。

在設計MOS驅動電路時,一定要注意它的門極開啟電壓( Vgs)。如果門極驅動電壓不足,會導致MOS導通不完全,內阻增大,發熱量增加。

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