一、mos关闭电路知识基础
1、PMOS PMOS是栅极低电平(Vgs|<Vt)导通,高电平断开,可用于控制与地之间的导通。PMOS一般来说,源极接电源正极,栅极接电源负极。 2、NMOS NMOS网格电平极高(Vgs >Vt)导通,低电平断开,可用于控制与电源的导通。NMOS一般来说,源极接在电源负极(低电位),而栅极接在电源正极。 3、MOS开关损失 NMOS还是PMOS,导通电阻后,电流会在电阻上消耗能量,这部分消耗的能量称为导通损耗。选择导通电阻小的MOS管道会减少导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,也有几毫欧。
MOS导通和截止时间一定不能在瞬间完成。MOS两端电压下降,流过的电流上升,MOS管道损失是电压和电流的乘积,称为开关损失。通常,开关损失远大于导通损失,开关频率越快,损失越大。 瞬时电压和电流的乘积很大,造成了很大的损失。缩短开关时间可以减少每次导通时的损失;减少开关频率,减少单位时间内的开关次数。这两种方法都可以减少开关损失。 4、MOS开关特性(选择MOS管) (1)N沟或P沟。MOSFET.在典型的功率应用中,当一个MOSFET当负载连接到干线电压时,接地MOSFET构成低压侧开关。N通道应用于低压侧开关MOSFET,考虑到关闭或导通设备所需的电压。当MOSFET当连接到总线和负载接地时,应使用高压侧开关。P沟通常用于这种拓扑MOSFET, (2)需要确定mos管道的额定电流,因为导通时会有电流峰值。然后是连续电流模式,类似于电压。然后选择Rds→导通损耗。 (3)确定热要求:需要考虑最坏情况和最好情况,采用最坏的计算结果,留出热要求余量。(热阻、结温等。 5、三极管的正确应用 (1)NPN型三极管适用于射极接头GND集电极连接到负载VCC只要基极电压高于射极电压(此处为)GND)0.7V,即发射结正偏(VBE为正),NPN三极管可以开始导通。 高电平驱动基极NPN型三极管导通(低电平时不导通);除限流电阻外,基极的设计更好,下拉电阻为10-20k到GND;优点是,①当基极控制电平由高到低时,基极可以更快地降低,NPN三极管能更快更可靠地截止;②系统刚上电时,基极是确定的低电平。 (2)PNP型三极管适用于射极接头VCC集电极连接到负载GND情况。只要基极电压低于射极电压(这里是VCC)0.7V,即发射结反偏(VBE为负),PNP三极管可以开始导通。 低电平驱动基极PNP型三极管导通(高电平时不导通);除限流电阻外,基极设计更好,连接拉电阻10-20k到VCC;优点是,①当基极控制电平由低变高时,基极可以更快地被拉高,PNP三极管能更快更可靠地截止;②系统刚上电时,基极是确定的高电平。 负载变化可以避免耦合到控制端 为了避免负载变化耦合到控制端(基极Ib或栅极Vgs)精密逻辑器件(如MCU)集电极或漏极应连接负载。 6、MOS开关缓启动电路思路分析: MOS管缓启动电路的思路很简单,充分利用MOS不要让管道的线性区域MOS管道从截止日期突然跳到饱和,即给予Vgs慢变而不是突变,所以MOS管道在上电过程中相当于可变电阻,可以给负载电容充电 电容器两端的电压不能突变,所以在MOS管道的栅极和源极之间跨接一个电容器。栅极通过电阻或恒流源缓慢放电电容器,而不是简单粗暴的开关接地,使其能够短接地Vgs慢慢变化。 缺点:会有断电延迟。如果时间要求很高,这种电路就不适用了。
二、MOS开关电路设计思路:(电容充放电) 发射机构关闭模块需要添加到主控板上,要求能够通过24V的电压,并且能够实现程控。 因为需要实现机械结构的原因无法使用类似继电器的开关器件,想到了可以用MOS快速关闭。设计了以下电路图。 TPCA8122是一款PMOS,V_dss=40V (完全大于我对24V的要求)、V_gs=10V 所以我用两个10K电阻分压V_gs实际=12V ,可以实现MOS导通和截止。芯片数据:Id=60A,驱动3508电机的电流要求完全足够。 二极管:采用稳压管,稳定电压,实现快速关闭。(一个PMOS管道中会有寄生二极管。二极管的作用是防止源漏端反接。PMOS而言,比起NMOS其优点是其开启电压可为0,而DS电压之间的电压差不大,NMOS导通条件要求VGS大于阈值,这将导致控制电压必须大于所需的电压,并造成不必要的麻烦。) 源极与栅极之间的间接电阻可以起到排放电阻的作用。电容放电。 Rfashe2:,如果没有这个电阻,电路有可能处于不稳定状态,特别是在一上电瞬间初始化,很容易产生噪声,容易引起三极管误动作,特别是对于一些通用的输入/输出口,因此这个电阻其实是偏置电阻,使得没有驱动信号时候基极被拉低,使得电路更加可靠。(一般不超过100K)。(如果这个电阻有问题,可能会MOS管道不能正常关闭)。