1. 先搞清楚MOS管到底是個(gè)什么“開(kāi)關(guān)”如果你剛開(kāi)始接觸電子電路看到“MOS管”這個(gè)詞可能會(huì)覺(jué)得有點(diǎn)復(fù)雜。但它的核心角色其實(shí)非常直接一個(gè)用電壓控制的電子開(kāi)關(guān)。這和我們小時(shí)候玩的物理開(kāi)關(guān)比如電燈開(kāi)關(guān)有本質(zhì)區(qū)別。物理開(kāi)關(guān)需要你用手去“掰”而MOS管你只需要給它一個(gè)合適的電壓信號(hào)它就能在“開(kāi)”導(dǎo)通和“關(guān)”截止兩種狀態(tài)之間切換。為什么這個(gè)“電壓控制的開(kāi)關(guān)”這么重要因?yàn)樗鉀Q了傳統(tǒng)機(jī)械開(kāi)關(guān)和雙極型晶體管BJT的一些痛點(diǎn)。機(jī)械開(kāi)關(guān)有壽命、有火花、速度慢BJT是電流控制驅(qū)動(dòng)它需要不小的電流控制電路會(huì)復(fù)雜。MOS管是電壓控制理論上柵極G極幾乎不消耗電流這意味著你可以用一個(gè)非常“弱”的信號(hào)比如單片機(jī)一個(gè)5V的IO口去控制一個(gè)很“強(qiáng)”的電流通路比如驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)。這種“四兩撥千斤”的特性讓它成為了現(xiàn)代數(shù)字電路和功率電子中的絕對(duì)主力。所以無(wú)論你是想用單片機(jī)控制一個(gè)LED的亮度PWM還是驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī)或者設(shè)計(jì)一個(gè)電源轉(zhuǎn)換電路比如DCDCMOS管都是你繞不開(kāi)的基礎(chǔ)元件。這篇文章不會(huì)堆砌復(fù)雜的公式我會(huì)帶你從最直觀(guān)的“開(kāi)關(guān)”視角一步步拆解MOS管的關(guān)鍵引腳、導(dǎo)通條件、經(jīng)典電路以及實(shí)際選型、搭建中一定會(huì)遇到的坑。2. 認(rèn)識(shí)MOS管的“三只腳”G、D、S拿到一個(gè)MOS管不管是TO-220這種帶散熱片的大塊頭還是SOT-23這種芝麻大小的貼片你首先得認(rèn)清它的三個(gè)極。這是所有操作的基礎(chǔ)認(rèn)錯(cuò)了電路肯定不工作甚至燒管子。柵極 (Gate, G): 這是MOS管的“控制極”。你把它想象成開(kāi)關(guān)的“扳手”。給這個(gè)扳手施加一個(gè)合適的電壓相對(duì)于源極S就能控制開(kāi)關(guān)的通斷。關(guān)鍵特性柵極是絕緣的直流狀態(tài)下幾乎不流過(guò)電流只會(huì)在開(kāi)關(guān)瞬間對(duì)柵極電容充電/放電時(shí)有很小的電流。所以驅(qū)動(dòng)它很容易。漏極 (Drain, D): 電流的“入口”。在N溝道MOS管中電流從D流入在P溝道中電流從D流出。你可以把它理解為開(kāi)關(guān)連接電源正極的那一端。源極 (Source, S): 電流的“出口”。在N溝道中電流從S流出在P溝道中電流從S流入。通常在電路中源極S的電位是參考點(diǎn)柵極電壓VgsG和S之間的電壓差是決定MOS管狀態(tài)的關(guān)鍵。怎么區(qū)分N溝道和P溝道這是新手第一個(gè)容易迷糊的點(diǎn)。一個(gè)簡(jiǎn)單的記憶方法N溝道MOS管像NPN三極管需要正電壓驅(qū)動(dòng)。對(duì)于增強(qiáng)型N-MOS最常用當(dāng)Vgs大于某個(gè)閾值電壓比如2V-4V時(shí)管子導(dǎo)通。電流方向從D流向S。P溝道MOS管像PNP三極管需要負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)。對(duì)于增強(qiáng)型P-MOS當(dāng)Vgs小于某個(gè)負(fù)的閾值電壓比如-2V時(shí)管子導(dǎo)通。電流方向從S流向D。在原理圖符號(hào)上N-MOS中間箭頭是指向內(nèi)的P-MOS中間箭頭是指向外的。實(shí)際應(yīng)用中N-MOS因?yàn)楣に嚦杀镜汀⑿阅芎檬褂眠h(yuǎn)多于P-MOS。P-MOS常用在“高邊開(kāi)關(guān)”開(kāi)關(guān)位于電源和負(fù)載之間等特定場(chǎng)合。關(guān)于“體二極管” 幾乎所有分立MOS管內(nèi)部從源極S到漏極D都寄生了一個(gè)二極管。對(duì)于N-MOS這個(gè)二極管是S正、D負(fù)對(duì)于P-MOS則相反。這不是設(shè)計(jì)失誤而是生產(chǎn)工藝導(dǎo)致的。這個(gè)二極管非常重要在電路中必須考慮它的存在它會(huì)影響電流方向。比如在電機(jī)驅(qū)動(dòng)H橋中這個(gè)二極管為電感的續(xù)流提供了回路。在某些場(chǎng)合它是麻煩比如做防反接電路時(shí)如果接反了這個(gè)二極管會(huì)導(dǎo)通可能燒壞電路。所以專(zhuān)門(mén)的防反接電路需要精心設(shè)計(jì)來(lái)規(guī)避或利用它。3. MOS管作為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通條件與基礎(chǔ)電路理解了引腳我們來(lái)看怎么讓它“開(kāi)”和“關(guān)”。我們以最常用的增強(qiáng)型N溝道MOS管為例。3.1 導(dǎo)通的關(guān)鍵柵源電壓Vgs想讓N-MOS導(dǎo)通條件很簡(jiǎn)單Vgs Vth。Vth是閾值電壓通常在數(shù)據(jù)手冊(cè)里標(biāo)明比如2V、3V、4V。這里有個(gè)極易踩坑的點(diǎn)Vgs是柵極G**相對(duì)于源極S**的電壓。在低邊開(kāi)關(guān)電路中源極S直接接地0V。這時(shí)你給柵極G一個(gè)5V電壓Vgs 5V - 0V 5V大于Vth管子導(dǎo)通。很簡(jiǎn)單。在高邊開(kāi)關(guān)或某些復(fù)雜電路中源極S的電位是浮動(dòng)的。比如S連接著負(fù)載負(fù)載另一端接地。當(dāng)MOS管關(guān)閉時(shí)S是0V但當(dāng)MOS管剛要導(dǎo)通時(shí)電流流過(guò)負(fù)載和MOS管會(huì)在MOS管內(nèi)部產(chǎn)生壓降導(dǎo)致S極電位升高。如果此時(shí)你的柵極驅(qū)動(dòng)電壓是固定的5VVgs就可能從5V減小到不足Vth導(dǎo)致MOS管無(wú)法完全導(dǎo)通發(fā)熱嚴(yán)重甚至損壞。這就是為什么高邊開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)通常需要自舉電路或?qū)Ｓ抿?qū)動(dòng)芯片來(lái)保證Vgs足夠。所以第一個(gè)實(shí)操建議在搭建電路前一定要想清楚你的源極S在開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)電位會(huì)不會(huì)變化。如果會(huì)你的柵極驅(qū)動(dòng)電壓必須能“跟隨”這個(gè)變化始終保證Vgs足夠。3.2 兩個(gè)經(jīng)典開(kāi)關(guān)電路低邊開(kāi)關(guān) vs 高邊開(kāi)關(guān)1. 低邊開(kāi)關(guān) (Low-Side Switch)這是最簡(jiǎn)單、最常用的接法。MOS管位于負(fù)載和地之間。接法電源正極 - 負(fù)載 - MOS管的D極 - MOS管的S極 - 地。驅(qū)動(dòng)?xùn)艠OG通過(guò)一個(gè)電阻比如10k接單片機(jī)IO。單片機(jī)輸出高電平如5V時(shí)Vgs5VMOS管導(dǎo)通負(fù)載得電工作輸出低電平0V時(shí)MOS管關(guān)閉負(fù)載斷電。優(yōu)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單因?yàn)樵礃OS始終接地Vgs就是單片機(jī)IO電壓很容易滿(mǎn)足。缺點(diǎn)負(fù)載的“地”端不是真實(shí)的地而是連接到MOS管的S極。如果負(fù)載是傳感器或其他對(duì)地電位敏感的電路可能會(huì)引入干擾。柵極電阻這個(gè)電阻Rg必不可少。它主要作用不是限流而是抑制柵極回路的振蕩。MOS管的柵極有電容Cgs, Cgd與驅(qū)動(dòng)電路的走線(xiàn)電感會(huì)形成LC振蕩可能導(dǎo)致誤觸發(fā)或EMI問(wèn)題。通常取值在10Ω到1kΩ之間常用47Ω或100Ω。2. 高邊開(kāi)關(guān) (High-Side Switch)MOS管位于電源和負(fù)載之間。接法電源正極 - MOS管的D極 - MOS管的S極 - 負(fù)載 - 地。驅(qū)動(dòng)難點(diǎn)如上所述當(dāng)MOS管導(dǎo)通時(shí)S極電位接近電源電壓比如24V。要讓MOS管導(dǎo)通需要Vgs Vth這意味著柵極G的電壓必須比S極高出一個(gè)Vth即需要Vg ≈ 24V Vth。普通的5V單片機(jī)IO根本無(wú)法提供這么高的電壓。解決方案使用P-MOS這是更簡(jiǎn)單的方案。將P-MOS放在高邊其源極S接電源。要導(dǎo)通P-MOS需要Vgs為負(fù)即柵極G的電壓比源極S低一個(gè)|Vth|。這時(shí)用單片機(jī)IO拉低柵極比如拉到0V就能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通假設(shè)電源是12V則Vgs 0V - 12V -12V。關(guān)閉時(shí)需要將柵極拉到接近源極電壓12V。這通常需要一個(gè)簡(jiǎn)單的三極管或MOS管電平轉(zhuǎn)換電路。使用N-MOS 自舉電路或?qū)Ｓ抿?qū)動(dòng)IC如果必須用性能更好的N-MOS做高邊開(kāi)關(guān)就需要額外的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)產(chǎn)生一個(gè)高于電源電壓的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。很多半橋驅(qū)動(dòng)芯片如IR2104內(nèi)部就集成了這個(gè)功能。3.3 必須加的“配角”下拉電阻與柵極-源極電容一個(gè)可靠的MOS管開(kāi)關(guān)電路除了主回路驅(qū)動(dòng)回路必須處理好兩個(gè)小元件柵極下拉電阻 (Pull-down Resistor)在柵極G和源極S之間必須并聯(lián)一個(gè)電阻通常10k~100k。它的核心作用是確保MOS管在上電瞬間或單片機(jī)IO處于高阻態(tài)時(shí)處于確定的關(guān)閉狀態(tài)。如果沒(méi)有這個(gè)電阻柵極電荷無(wú)處釋放可能因感應(yīng)電等原因?qū)е翸OS管誤導(dǎo)通造成意外上電的風(fēng)險(xiǎn)。柵源間電容 (Cgs) 與驅(qū)動(dòng)能力MOS管的柵極相當(dāng)于一個(gè)電容Ciss。驅(qū)動(dòng)MOS管開(kāi)關(guān)本質(zhì)就是對(duì)這個(gè)電容充電和放電。充電/放電的速度決定了MOS管開(kāi)關(guān)的快慢。開(kāi)關(guān)速度太慢MOS管在“開(kāi)”和“關(guān)”的過(guò)渡狀態(tài)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)此時(shí)D-S間電壓大、電流也大會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗劇增管子發(fā)熱嚴(yán)重。這就是為什么“MOS管開(kāi)通損耗可能大于關(guān)斷損耗”的原因之一因?yàn)殚_(kāi)通時(shí)電流電壓同時(shí)存在的時(shí)間可能更長(zhǎng)。開(kāi)關(guān)速度太快會(huì)導(dǎo)致電壓電流變化率(dv/dt, di/dt)過(guò)高產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾(EMI)也可能因回路寄生電感產(chǎn)生電壓尖峰擊穿MOS管。如何控制速度通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電阻Rg和驅(qū)動(dòng)電流。驅(qū)動(dòng)芯片或單片機(jī)IO的輸出電流能力決定了充電速度。如果發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)損耗大發(fā)熱可以嘗試減小Rg來(lái)加快開(kāi)關(guān)如果EMI問(wèn)題嚴(yán)重可以適當(dāng)增大Rg來(lái)減緩開(kāi)關(guān)邊沿。這是一個(gè)需要權(quán)衡的地方。4. 從原理圖到PCB手把手搭建與避坑指南現(xiàn)在我們用立創(chuàng)EDA或其他任何EDA軟件為例從畫(huà)原理圖到PCB布局走一遍搭建一個(gè)MOS管低邊開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)小電機(jī)電路的完整流程并指出每個(gè)環(huán)節(jié)的坑。4.1 原理圖設(shè)計(jì)階段1. 選型是第一步也是最容易出錯(cuò)的一步。不要只看“MOS管”三個(gè)字。打開(kāi)立創(chuàng)商城搜索MOS管你會(huì)看到無(wú)數(shù)型號(hào)。你需要根據(jù)你的電路確定關(guān)鍵參數(shù)類(lèi)型N-MOS還是P-MOS根據(jù)開(kāi)關(guān)位置低邊/高邊決定。耐壓 (Vds)必須大于你電路中的最高電壓并留有余量比如電源24V選耐壓40V或60V以上的。持續(xù)電流 (Id)必須大于負(fù)載的最大工作電流并考慮2-3倍余量。比如電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流可能數(shù)倍于額定電流。導(dǎo)通電阻 (Rds(on))這個(gè)值越小越好越小意味著導(dǎo)通時(shí)發(fā)熱越少。但通常Rds(on)小的管子?xùn)艠O電荷(Qg)也大驅(qū)動(dòng)要求高。閾值電壓 (Vth)確認(rèn)你的驅(qū)動(dòng)電壓如單片機(jī)3.3V或5V能可靠使其導(dǎo)通Vgs Vth。對(duì)于3.3V系統(tǒng)應(yīng)選擇邏輯電平MOS管Logic-Level其Vth通常較低1-2V。封裝根據(jù)電流大小和散熱需求選擇。TO-220可以加散熱片SOT-23適用于小電流。舉例用5V單片機(jī)IO驅(qū)動(dòng)一個(gè)12V/1A的小電機(jī)。我們可以選一個(gè)常見(jiàn)的IRFZ44NN-MOS TO-220封裝 Vds55V Id49A Rds(on)17.5mΩ Vth2V~4V。雖然電流遠(yuǎn)超需求但余量大更安全且這個(gè)管子非常常見(jiàn)便宜。2. 繪制原理圖放置MOS管符號(hào)IRFZ44N。電源12V正極接電機(jī)一端電機(jī)另一端接MOS管的D極。MOS管的S極接地GND。單片機(jī)IO口通過(guò)一個(gè)100Ω的電阻Rg連接到MOS管的G極。在MOS管的G極和S極之間接一個(gè)10kΩ的電阻下拉電阻。在電機(jī)兩端反向并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管如1N4007。這是必須的因?yàn)殡姍C(jī)是感性負(fù)載MOS管關(guān)斷瞬間電感會(huì)產(chǎn)生很高的反向電動(dòng)勢(shì)這個(gè)二極管為其提供續(xù)流回路保護(hù)MOS管不被擊穿。在電源入口處最好加上一個(gè)100uF的電解電容和一個(gè)0.1uF的瓷片電容進(jìn)行電源濾波。注意原理圖上的“地”GND符號(hào)要統(tǒng)一確保電機(jī)回路、MOS管驅(qū)動(dòng)回路、單片機(jī)回路共地這是電路正常工作的基礎(chǔ)。4.2 PCB布局與布線(xiàn)階段避坑關(guān)鍵畫(huà)好原理圖只是成功了一半PCB布局布線(xiàn)不當(dāng)電路可能不穩(wěn)定、發(fā)熱甚至燒毀。1. 大電流路徑要短而粗路徑電源輸入 - 電機(jī)焊盤(pán) - MOS管的D極引腳 - MOS管的S極引腳 - 地平面。這條路徑上會(huì)流過(guò)電機(jī)的全部工作電流1A甚至更大。必須使用足夠?qū)挼淖呔€(xiàn)。對(duì)于1A電流線(xiàn)寬至少20mil0.5mm以上越寬越好。如果能用鋪銅Pour來(lái)連接效果更佳。目標(biāo)減小路徑上的寄生電阻降低導(dǎo)通壓降和發(fā)熱。2. 驅(qū)動(dòng)回路柵極回路要小路徑驅(qū)動(dòng)芯片/單片機(jī)IO - 柵極電阻Rg - MOS管的G極 - MOS管的S極地。這個(gè)回路面積必須盡可能小。目的是減小回路寄生電感。因?yàn)闁艠O驅(qū)動(dòng)是高速開(kāi)關(guān)信號(hào)大電感會(huì)和柵極電容產(chǎn)生振蕩導(dǎo)致柵極電壓震蕩可能引起MOS管誤動(dòng)作或增加開(kāi)關(guān)損耗。做法將柵極電阻Rg、下拉電阻盡量靠近MOS管的G極和S極放置。驅(qū)動(dòng)信號(hào)線(xiàn)不要繞遠(yuǎn)路。3. 散熱處理IRFZ44N這類(lèi)TO-220封裝的MOS管中間的引腳是D極通常與背面的金屬散熱片內(nèi)部連通。這意味著在PCB上安裝MOS管的那個(gè)焊盤(pán)或過(guò)孔是電氣上的D極如果你把這個(gè)焊盤(pán)直接鋪銅連接到地或電源就短路了這是一個(gè)經(jīng)典大坑。正確做法在PCB上TO-220封裝的中間引腳焊盤(pán)要單獨(dú)處理。要么讓它孤立只通過(guò)走線(xiàn)連接D極線(xiàn)路要么在焊盤(pán)周?chē)鼋紖^(qū)確保它不和任何其他銅皮接觸。散熱通過(guò)額外的散熱片或連接到MOS管背面的金屬板與PCB電氣隔離來(lái)解決。4. 過(guò)孔的使用在開(kāi)關(guān)電源如DCDC或電機(jī)驅(qū)動(dòng)等高頻大電流場(chǎng)合MOS管下方的鋪銅區(qū)域尤其是源極S連接的地平面可以打過(guò)孔連接到PCB背面的地平面。這些過(guò)孔有多個(gè)作用增強(qiáng)散熱將熱量傳導(dǎo)到背面、減小地回路阻抗、提供額外的電流通道。打孔時(shí)可以打多個(gè)小孔陣列效果優(yōu)于單個(gè)大孔。4.3 焊接與調(diào)試焊接確認(rèn)MOS管引腳順序G、D、S與PCB封裝一致再焊接。使用適當(dāng)?shù)睦予F溫度避免靜電損壞MOS管柵極非常怕靜電。上電前檢查用萬(wàn)用表二極管檔或電阻檔檢查電源和地之間是否短路檢查MOS管的D-S、G-S、G-D之間是否有明顯短路。靜態(tài)測(cè)試先不接電機(jī)。上電測(cè)量電源電壓正常。單片機(jī)IO輸出低電平測(cè)量MOS管的G極電壓應(yīng)為0V左右D極電壓應(yīng)為電源電壓12V。然后單片機(jī)IO輸出高電平5V測(cè)量G極電壓應(yīng)為5VD極電壓應(yīng)接近0V因?yàn)镈極懸空但通過(guò)萬(wàn)用表內(nèi)阻測(cè)量會(huì)有一個(gè)值如果很低說(shuō)明基本正常。動(dòng)態(tài)測(cè)試接負(fù)載接上電機(jī)。先讓單片機(jī)輸出一個(gè)低頻的PWM比如1Hz用耳朵聽(tīng)電機(jī)是否有規(guī)律的“噠噠”聲同時(shí)用手摸MOS管溫度。如果溫度迅速升高立即斷電?？赡艿脑蝌?qū)動(dòng)電壓不足Vgs不夠MOS管未完全導(dǎo)通處于放大區(qū)損耗大。用示波器測(cè)量G極波形看高電平是否達(dá)到預(yù)期。開(kāi)關(guān)速度太慢驅(qū)動(dòng)電阻Rg太大或驅(qū)動(dòng)電流不足導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗大?？梢試L試減小Rg但不要小于10Ω。續(xù)流二極管沒(méi)接或接反關(guān)斷時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)無(wú)處釋放。檢查二極管。負(fù)載短路或過(guò)大檢查電機(jī)是否卡住。波形觀(guān)測(cè)進(jìn)階如果有示波器可以觀(guān)察柵極波形 (Vgs)上升/下降沿是否陡峭有無(wú)震蕩高電平平臺(tái)是否平坦漏極波形 (Vds)開(kāi)關(guān)瞬間的電壓尖峰是否過(guò)高這個(gè)尖峰是回路寄生電感和電流變化率(di/dt)共同作用的結(jié)果。如果尖峰超過(guò)MOS管耐壓需要優(yōu)化布線(xiàn)減小回路面積或增加吸收電路如RC吸收網(wǎng)絡(luò)或TVS管。5. 常見(jiàn)問(wèn)題與進(jìn)階概念解析在實(shí)際項(xiàng)目中你會(huì)遇到比單純開(kāi)關(guān)更復(fù)雜的情況和問(wèn)題。5.1 為什么我的MOS管發(fā)熱嚴(yán)重這是最常見(jiàn)的問(wèn)題。發(fā)熱意味著有損耗。MOS管的損耗主要來(lái)自?xún)刹糠謱?dǎo)通損耗P_conduction I_load2 * Rds(on)。當(dāng)負(fù)載電流I_load很大或你選的管子Rds(on)較大時(shí)這部分損耗就大。解決方案為負(fù)載選一個(gè)Rds(on)更小的MOS管。開(kāi)關(guān)損耗每次開(kāi)關(guān)過(guò)程中Vds和Id會(huì)有一個(gè)同時(shí)不為零的交疊期產(chǎn)生損耗。P_switching f_sw * (E_on E_off)其中f_sw是開(kāi)關(guān)頻率。開(kāi)關(guān)頻率越高開(kāi)關(guān)損耗越大。這就是在PWM控制中頻率不能無(wú)腦提高的原因。驅(qū)動(dòng)不足導(dǎo)致開(kāi)關(guān)邊沿緩慢會(huì)極大增加交疊時(shí)間從而使開(kāi)關(guān)損耗劇增。解決方案優(yōu)化驅(qū)動(dòng)減小Rg使用專(zhuān)門(mén)的柵極驅(qū)動(dòng)芯片如TC4420在滿(mǎn)足EMI要求的前提下加快開(kāi)關(guān)速度或者降低開(kāi)關(guān)頻率。排查順序先摸管子燙不燙。燙的話(huà)先用示波器看柵極驅(qū)動(dòng)波形是否干凈利落。如果驅(qū)動(dòng)沒(méi)問(wèn)題再計(jì)算或測(cè)量負(fù)載電流看是否超規(guī)格或者管子Rds(on)是否選得太大了。5.2 電平轉(zhuǎn)換與防反接電路電平轉(zhuǎn)換電路當(dāng)需要用一個(gè)3.3V的單片機(jī)去控制一個(gè)需要5VVgs電壓的MOS管時(shí)或者做高邊驅(qū)動(dòng)時(shí)就需要電平轉(zhuǎn)換?？梢杂靡粋€(gè)NPN三極管輕松實(shí)現(xiàn)三極管基極通過(guò)電阻接3.3V IO發(fā)射極接地集電極通過(guò)上拉電阻接5V。當(dāng)IO為高三極管導(dǎo)通集電極為低0V當(dāng)IO為低三極管截止集電極被上拉到5V。這個(gè)5V/0V信號(hào)就可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS管柵極。防反接電路利用MOS管實(shí)現(xiàn)電源防反接比二極管方案效率高壓降低。常用P-MOS做防反接。正確接法是電源正極接P-MOS的S極D極接負(fù)載正極負(fù)載負(fù)極接電源負(fù)極。柵極通過(guò)一個(gè)大電阻如100k接到電源負(fù)極。同時(shí)在柵極和源極之間接一個(gè)穩(wěn)壓管如12V和一個(gè)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)電源正接時(shí)通過(guò)分壓使Vgs為負(fù)P-MOS導(dǎo)通當(dāng)電源反接時(shí)Vgs為正P-MOS截止保護(hù)后端電路。這里要特別注意內(nèi)部體二極管的方向設(shè)計(jì)時(shí)要確保反接時(shí)體二極管不導(dǎo)通。5.3 關(guān)于仿真與模型很多熱詞提到了LTspice、Multisim仿真和SOA曲線(xiàn)、米勒平臺(tái)。仿真在動(dòng)手做板前用LTspice等工具仿真非常有用。你可以導(dǎo)入MOS管的SPICE模型觀(guān)察開(kāi)關(guān)波形、計(jì)算損耗、優(yōu)化驅(qū)動(dòng)參數(shù)。這能避免很多低級(jí)錯(cuò)誤。SOA曲線(xiàn)安全工作區(qū)曲線(xiàn)。它定義了MOS管在不同導(dǎo)通時(shí)間下能承受的電壓和電流的極限組合。絕對(duì)不要讓你的MOS管工作點(diǎn)在SOA曲線(xiàn)之外否則會(huì)瞬間損壞。特別是在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載、發(fā)生短路或上下管直通時(shí)很容易超出SOA。米勒平臺(tái)在MOS管開(kāi)通的波形上Vgs電壓上升到閾值后會(huì)有一個(gè)平臺(tái)期此時(shí)Vds開(kāi)始下降。這個(gè)平臺(tái)是因?yàn)橐獙?duì)“米勒電容”Cgd充電。米勒平臺(tái)越長(zhǎng)開(kāi)通損耗越大。優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電流可以縮短米勒平臺(tái)時(shí)間。5.4 驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)六步換相驅(qū)動(dòng)一個(gè)三相無(wú)刷電機(jī)BLDC需要6個(gè)MOS管組成三相全橋。難點(diǎn)在于柵極驅(qū)動(dòng)需要6路獨(dú)立的、能快速充放電柵極電容的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通常使用3個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)芯片如IR2101S來(lái)生成。死區(qū)時(shí)間同一橋臂的上管和下管絕不能同時(shí)導(dǎo)通否則電源直接短路。單片機(jī)或驅(qū)動(dòng)芯片必須設(shè)置一個(gè)上下管都關(guān)閉的“死區(qū)時(shí)間”。柵極波形觀(guān)測(cè)用示波器同時(shí)觀(guān)察6個(gè)MOS管的柵極波形確保PWM信號(hào)、死區(qū)時(shí)間、上下管互補(bǔ)邏輯都正確是調(diào)試的第一步。只有驅(qū)動(dòng)對(duì)了才能談后面的電流環(huán)、速度環(huán)控制。從用一個(gè)MOS管點(diǎn)亮一個(gè)LED到用六個(gè)MOS管驅(qū)動(dòng)一臺(tái)無(wú)人機(jī)電機(jī)核心原理都是相通的理解Vgs的控制邏輯處理好驅(qū)動(dòng)回路、功率回路和散熱。我建議新手先從單個(gè)MOS管的低邊開(kāi)關(guān)電路玩起用示波器看清每一個(gè)波形理解每一個(gè)元件的作用。當(dāng)你真正吃透了一個(gè)再?gòu)?fù)雜的陣列也不過(guò)是數(shù)量的疊加。記住穩(wěn)定的電路始于清晰的原理和謹(jǐn)慎的布局而不是華麗的堆料。