MOS管压降是指当MOS管处于导通(ON)状态时,在MOS管上和下游之间存在的电压差。在导通状态下,MOS管将电流从源极传导到漏极,同时产生电阻。这个电阻产生的电压降就是MOS管压降。
MOS管导通压降不像三极管有个现成的参数,但是其规格书中有导通电阻Rds(on)这个参数,根据MOS管的Vgs电压,对应有一定值的Rds(on),然后就通过电流Id*Rds(on)来计算压降。180nm工艺及以下的制程基本都能达到50mV以下了(IDS=1mA)。
mos管导通压降受以下几种因素的影响:
(1) MOS 管的导通电阻:导通电阻是导通状态下压降的主要因素,导通电阻值越大,导通状态下的压降也越大。
(2)导通电流大小:导通电流的大小直接影响导通时的压降,导通电流越大,压降也越大。
(3)温度变化:温度的变化会影响 MOS 管的导通电阻,从而对导通状态下的压降产生影响。
mos管导通压降分析
关于用于信号控制的MOS管的导通电压为5v左右,只要导通就行,不需要完全导通,为什么这里导通电压Vgs只要5v左右,为什么不需要完全导通?
先看一个用于信号控制的小功率N沟道MOS管2N7000,如下图:
Rds(on)是MOS管导通时,D极和S极之间的内生电阻,它的存在会产生压降,所以越小越好。D极与S极间电流Id最大时完全导通。
在图中可以看到Vgs=10v完全导通,电阻Rds=5欧左右,电流Id=500mA(最大,完全导通),产生压降Vds=2.5v。而Vgs=4.5v时,Id=75mA(不是最大,没完全导通),Rds=5.3欧左右,虽然没完全导通,但产生的压降Vds=0.4v最小,比Vgs=10v产生的压降小得多。
对于信号控制(控制DS极导通接地实现高低平)来说只要电压,不需要电流,所以只要求MOS管导通时产生的压降越小越好,可以使D极的电压直接被拉为接近0v,因此首选Vgs=4.5v左右,而不选10v。
有些用于信号控制的MOS管如2N7002K,Vgs为10V和4.5V时产生的压降差不多,可以根据情况选择10v或者4.5v左右的导通电压。因此对信号控制来说,原则上是选择导通时产生的压降越小越好。
那么对于使用在电源控制方面,既需要电压也需要电流的大功率MOS管来说,就需要完全导通,那么导通电压是多少呢?
再来看一个大功率N沟道MOS管AO1428A,如下图:
从图中可以看出Vgs为10v和4.5v时,Id为12.4A,都达到最大,都可完全导通。但10v比4.5v的导通电阻小,产生压降小(大约差0.7v),并且10v的开关速度快,损失的能量少,开关效率高,所以首选10v。
至于P沟道MOS管,跟N沟道的差不多,这时不做解析了,它用在信号控制方面的很少,主要是用在电源控制如AO4425,G极电压必须低于S极10V以上,也就是Vgs《-10v,才能完全导通(Rds= 9 mΩ左右)。
如下图:
信号控制使用的MOS管,只要电压,不需要电流,要求导通时产生的压降Vds最小,首选Vgs=4.5v左右,对信号控制来说,原则上是选择导通时产生的压降越小越好。电源控制使用的MOS管,既要电压也要电流,要求完全导通,要求Id最大,产生的压降Vds最小,首选Vgs=10v左右。
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