第三十九篇 电源开关

功率MOSFET和双极性功率晶体管相比,最大的优势是:

高阻抗,热稳定性;

因为MOSFET没有二次击穿,因为MOS耗散电流的负温度系数完全阻止了这些结面过热点的产生;

电源开关示例与注意事项:

我们通常用数字逻辑的输出来控制功率MOSFET;虽然有10V或者更高的电压范围变化的逻辑家族,

但是最常见的逻辑家族适用+5V电平(高速CMOS)或者+2.4V(TTL)。

+10V栅极激励可以完全接通任何MOSFET,因此选择了VN0106, 这是个廉价的,而且规定Vgs=5V时Ron<5Ω的晶体管;

二极管保护阻止感应尖峰出现。(因为V=LdI/dt,突然断开电感的开关,就会有一个无限大的电压加在电感两端。控制感性负载的电子元件容易损坏,解决方法就是在电感两端接一个二极管,消耗掉稳态电流。)

串联栅极电阻虽然不是必须的,但是一个好的解决方法,因为MOSFET的漏极-栅极电容会将负载的感性暂态耦合到精密的CMOS逻辑中。 

该电路有5V的栅极驱动,适合VN01/VP01系列,

这里用的是P沟道MOSFET驱动返回到地的负载。

 最后两种给出的是TTL数字逻辑输出+2.4V(这是最坏的情况,通常为+3.5V左右)高电平的方法:

用一个上拉到+5V的电阻从TTL输出端产生一个+5V范围内的变化。这样便可以驱动一个一般的MOSFET;

或者可以用类似于TN0106的器件,这是一个为逻辑电平驱动设计的“低门限”MOSFET。

其他注意事项:

1. 漏极和源极有一个有效的二极管

所以,不能双向使用功率MOSFET,或者反向漏源电压不能多于一个二极管压降。

例如不能用一个功率MOSFET将一个双极性信号激励的积分电路调整到零,并且不能讲功率MOSFET用做双极性信号的模拟开关;

2.击穿电压 GS通常是±20V,击穿电压DS击穿电压20-1000V,

所以可以用小幅度变化的数字逻辑来驱动栅极,

但是不能用一个MOSFET的漏极幅度变化范围驱动另外一个MOSFET的栅极。

3.栅极保护

MOSFET会被一次栅极击穿而不可逆转的损坏;

所以用1-10kΩ的栅极串联电阻。

栅极必须不能悬空。悬空状态下没有静电释放的路径更容易损坏;

将任何一个外部信号源激励栅极的MOSFET的源极S和栅极G之间用一个下拉电阻100kΩ-1MΩ连接起来。

MOSFET与BJT作为大电流开关时的比较:

1)同样性能MOSFET比传统功率BJT贵一点,但是更容易驱动,并且不容易出现二次击穿;

2)漏极低电压状态,接通的MOSFET像小电阻,而不像是一个饱和的双极性晶体管;

3)低电流下,MOSFET比小信号NPN BJT性能差;

4)电流10-50A,0-100v范围内,MOSFET表现更好;

BJT需要大量的B基极电流;

5)功率MOSFET可以在线性功率电路中代替BJT,例如音频放大器和稳压器。 

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