什么是pmos管
PMOS是指n型襯管底、p溝道，靠空穴的流動(dòng)運(yùn)送電流的MOS管。
P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低，因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對(duì)值相等的情況下，PMOS晶體管的跨導(dǎo)小于N溝道MOS晶體管。此外，P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對(duì)值一般偏高，要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性，與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大，充電放電過(guò)程長(zhǎng)，加之器件跨導(dǎo)小，所以工作速度更低，在NMOS電路（見N溝道金屬—氧化物—半導(dǎo)體集成電路）出現(xiàn)之后，多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是，因PMOS電路工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，有些中規(guī)模和小規(guī)模數(shù)字控制電路仍采用PMOS電路技術(shù)。
P溝道MOS管開關(guān)電路工作原理
金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)(MOS)晶體管可分為N溝道與P溝道兩大類， P溝道硅MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在N型硅襯底上有兩個(gè)P+區(qū)，分別叫做源極和漏極，兩極之間不通導(dǎo)，柵極上加有足夠的正電壓(源極接地)時(shí)，柵極下的N型硅表面呈現(xiàn)P型反型層，成為銜接源極和漏極的溝道。改動(dòng)?xùn)艍嚎梢愿膭?dòng)溝道中的電子密度，從而改動(dòng)溝道的電阻。這種MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為P溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。假設(shè)N型硅襯底表面不加?xùn)艍壕鸵汛嬖赑型反型層溝道，加上恰當(dāng)?shù)钠珘?，可使溝道的電阻增大或減小。這樣的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為P溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。統(tǒng)稱為PMOS晶體管。
P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低，因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對(duì)值相等的情況下，PMOS晶體管的跨導(dǎo)小于N溝道MOS晶體管。此外，P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對(duì)值普通偏高，懇求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性，與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大，充電放電過(guò)程長(zhǎng)，加之器件跨導(dǎo)小，所以工作速度更低，在P溝道MOS管開關(guān)電路(見N溝道金屬—氧化物—半導(dǎo)體集成電路)呈現(xiàn)之后，多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是，因PMOS電路工藝簡(jiǎn)單，價(jià)錢低價(jià)，有些中范圍和小范圍數(shù)字控制電路仍采用PMOS電路技術(shù)。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適宜用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，固然PMOS可以很便當(dāng)?shù)赜米鞲叨蓑?qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)錢貴，交流種類少等緣由，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是運(yùn)用NMOS。
正常工作時(shí)，P溝道增強(qiáng)型MOS管的襯底必需與源極相連，而漏心極的電壓Vds應(yīng)為負(fù)值，以保證兩個(gè)P區(qū)與襯底之間的PN結(jié)均為反偏，同時(shí)為了在襯底頂表面左近構(gòu)成導(dǎo)電溝道，柵極對(duì)源極的電壓Vgs也應(yīng)為負(fù)。
1．Ｖds≠Ｏ的情況導(dǎo)電溝道構(gòu)成以后，ＤＳ間加負(fù)向電壓時(shí)，那么在源極與漏極之間將有漏極電流Ｉd流通，而且Ｉd隨Vds而增加．Ｉd沿溝道產(chǎn)生的壓降使溝道上各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，該電壓削弱了柵極中負(fù)電荷電場(chǎng)的作用，使溝道從漏極到源極逐漸變窄．當(dāng)Ｖds增大到使Ｖgd＝Ｖgs（TH），溝道在漏極左近呈現(xiàn)預(yù)夾斷．
2．導(dǎo)電溝道的構(gòu)成（Ｖds＝0）當(dāng)Vds=0時(shí)，在柵源之間加負(fù)電壓Vgs，由于絕緣層的存在，故沒有電流，但是金屬柵極被補(bǔ)充電而聚集負(fù)電荷，Ｎ型半導(dǎo)體中的多子電子被負(fù)電荷排斥向體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，表面留下帶正電的離子，構(gòu)成耗盡層，隨著Ｇ、Ｓ間負(fù)電壓的增加，耗盡層加寬，當(dāng)Vgs增大到一定值時(shí)，襯底中的空穴（少子）被柵極中的負(fù)電荷吸收到表面，在耗盡層和絕緣層之間構(gòu)成一個(gè)Ｐ型薄層，稱反型層，這個(gè)反型層就構(gòu)成漏源之間的導(dǎo)電溝道，這時(shí)的Ｖgs稱為開啟電壓Vgs（th），Vgs到Vgs（th）后再增加，襯底表面感應(yīng)的空穴越多，反型層加寬，而耗盡層的寬度卻不再變化，這樣我們可以用Vgs的大小控制導(dǎo)電溝道的寬度。
P溝道MOS管開關(guān)電路
下圖是兩種P溝道MOS管開關(guān)電路應(yīng)用：其中第一種NMOS管為高電平導(dǎo)通，低電平截?cái)?，Drain端接后面電路的接地端；第二種為P溝道MOS管開關(guān)電路，為高電平斷開，低電平導(dǎo)通，Drain端接后面電路的VCC端。
首先要進(jìn)行MOSFET的選擇，MOSFET有兩大類型：N溝道和P溝道。在功率系統(tǒng)中，MOSFET可被看成電氣開關(guān)。當(dāng)在N溝道MOSFET的柵極和源極間加上正電壓時(shí)，其開關(guān)導(dǎo)通。導(dǎo)通時(shí)，電流可經(jīng)開關(guān)從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個(gè)內(nèi)阻，稱為導(dǎo)通電阻RDS(ON)。必須清楚MOSFET的柵極是個(gè)高阻抗端，因此，總是要在柵極加上一個(gè)電壓。這就是后面介紹電路圖中柵極所接電阻至地。如果柵極為懸空，器件將不能按設(shè)計(jì)意圖工作，并可能在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)閉，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的功率損耗。當(dāng)源極和柵極間的電壓為零時(shí)，P溝道MOS管開關(guān)電路關(guān)閉，而電流停止通過(guò)器件。雖然這時(shí)器件已經(jīng)關(guān)閉，但仍然有微小電流存在，這稱之為漏電流，即IDSS。
第一步：選用N溝道還是P溝道
為設(shè)計(jì)選擇正確器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道MOSFET。在典型的功率應(yīng)用中，當(dāng)一個(gè)MOSFET接地，而負(fù)載連接到干線電壓上時(shí)，該MOSFET就構(gòu)成了低壓側(cè)開關(guān)。在低壓側(cè)開關(guān)中，應(yīng)采用N溝道MOSFET，這是出于對(duì)關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。當(dāng)MOSFET連接到總線及負(fù)載接地時(shí)，就要用高壓側(cè)開關(guān)。通常會(huì)在這個(gè)拓?fù)渲胁捎肞溝道MOS管開關(guān)電路，這也是出于對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)的考慮。
第二步：確定額定電流
第二步是選擇MOSFET的額定電流。視電路結(jié)構(gòu)而定，該額定電流應(yīng)是負(fù)載在所有情況下能夠承受的最大電流。與電壓的情況相似，設(shè)計(jì)人員必須確保所選的MOSFET能承受這個(gè)額定電流，即使在系統(tǒng)產(chǎn)生尖峰電流時(shí)。兩個(gè)考慮的電流情況是連續(xù)模式和脈沖尖峰。該參數(shù)以FDN304P管DATASHEET為參考，參數(shù)如圖所示：
在連續(xù)導(dǎo)通模式下，MOSFET處于穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電流連續(xù)通過(guò)器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過(guò)器件。一旦確定了這些條件下的最大電流，只需直接選擇能承受這個(gè)最大電流的器件便可。
選好額定電流后，還必須計(jì)算導(dǎo)通損耗。在實(shí)際情況下，MOSFET并不是理想的器件，因?yàn)樵趯?dǎo)電過(guò)程中會(huì)有電能損耗，這稱之為導(dǎo)通損耗。MOSFET在“導(dǎo)通”時(shí)就像一個(gè)可變電阻，由器件的RDS(ON)所確定，并隨溫度而顯著變化。器件的功率耗損可由Iload2×RDS(ON)計(jì)算，由于導(dǎo)通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會(huì)隨之按比例變化。對(duì)MOSFET施加的電壓VGS越高，RDS(ON)就會(huì)越小；反之RDS(ON)就會(huì)越高。對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，這就是取決于系統(tǒng)電壓而需要折中權(quán)衡的地方。對(duì)便攜式設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，采用較低的電壓比較容易(較為普遍)，而對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)，可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會(huì)隨著電流輕微上升。關(guān)于RDS(ON)電阻的各種電氣參數(shù)變化可在制造商提供的技術(shù)資料表中查到。
第三步：確定熱要求
選擇MOSFET的下一步是計(jì)算系統(tǒng)的散熱要求。設(shè)計(jì)人員必須考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實(shí)情況。建議采用針對(duì)最壞情況的計(jì)算結(jié)果，因?yàn)檫@個(gè)結(jié)果提供更大的安全余量，能確保系統(tǒng)不會(huì)失效。在MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測(cè)量數(shù)據(jù)；比如封裝器件的半導(dǎo)體結(jié)與環(huán)境之間的熱阻，以及最大的結(jié)溫。
器件的結(jié)溫等于最大環(huán)境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積(結(jié)溫=最大環(huán)境溫度+[熱阻×功率耗散])。根據(jù)這個(gè)方程可解出系統(tǒng)的最大功率耗散，即按定義相等于I2×RDS(ON)。由于設(shè)計(jì)人員已確定將要通過(guò)器件的最大電流，因此可以計(jì)算出不同溫度下的RDS(ON)。值得注意的是，在處理簡(jiǎn)單熱模型時(shí)，設(shè)計(jì)人員還必須考慮半導(dǎo)體結(jié)/器件外殼及外殼/環(huán)境的熱容量；即要求印刷電路板和封裝不會(huì)立即升溫。
通常，一個(gè)P溝道MOS管開關(guān)電路PMOS管，會(huì)有寄生的二極管存在，該二極管的作用是防止源漏端反接，對(duì)于PMOS而言，比起NMOS的優(yōu)勢(shì)在于它的開啟電壓可以為0，而DS電壓之間電壓相差不大，而NMOS的導(dǎo)通條件要求VGS要大于閾值，這將導(dǎo)致控制電壓必然大于所需的電壓，會(huì)出現(xiàn)不必要的麻煩。選用PMOS作為控制開關(guān)，有下面兩種應(yīng)用：
第一種應(yīng)用，P溝道MOS管開關(guān)電路由PMOS來(lái)進(jìn)行電壓的選擇，當(dāng)V8V存在時(shí)，此時(shí)電壓全部由V8V提供，將PMOS關(guān)閉，VBAT不提供電壓給VSIN，而當(dāng)V8V為低時(shí)，VSIN由8V供電。注意R120的接地，該電阻能將柵極電壓穩(wěn)定地拉低，PMOS管經(jīng)典開關(guān)電路確保PMOS的正常開啟，這也是前文所描述的柵極高阻抗所帶來(lái)的狀態(tài)隱患。D9和D10的作用在于防止電壓的倒灌。D9可以省略。這里要注意到實(shí)際上該電路的DS接反，這樣由附生二極管導(dǎo)通導(dǎo)致了開關(guān)管的功能不能達(dá)到，實(shí)際應(yīng)用要注意。
來(lái)看這個(gè)電路，控制信號(hào)PGC控制V4.2是否給P_GPRS供電。此電路中，源漏兩端沒有接反，R110與R113存在的意義在于R110控制柵極電流不至于過(guò)大，R113控制柵極的常態(tài)，將R113上拉為高，截至PMOS，同時(shí)也可以看作是對(duì)控制信號(hào)的上拉，當(dāng)MCU內(nèi)部管腳并沒有上拉時(shí)，即輸出為開漏時(shí)，并不能驅(qū)動(dòng)PMOS關(guān)閉，此時(shí)，就需要外部電壓給予的上拉，所以電阻R113起到了兩個(gè)作用。R110可以更小，到100歐姆也可。
聯(lián)系方式：鄒先生
聯(lián)系電話：0755-83888366-8022
手機(jī)：18123972950
QQ：2880195519
聯(lián)系地址：深圳市福田區(qū)車公廟天安數(shù)碼城天吉大廈CD座5C1
請(qǐng)搜微信公眾號(hào):“KIA半導(dǎo)體”或掃一掃下圖“關(guān)注”官方微信公眾號(hào)
請(qǐng)“關(guān)注”官方微信公眾號(hào):提供 MOS管 技術(shù)幫助
