MOS管双向导通及正、反向导通应用解析-KIA MOS管

MOS管双向导通

MOS管是常用的电子元器件,经常被用作功率开关来使用,如用在可控整流电路中、用作控制直流负载回路的通断等。MOS管因为工 艺的原因,会存在寄生/体二极管,所以会存在双向导通的问题。

MOS管的D、S极之间存在寄生二极管,被称为体二极管。从MOS管的结构示意也可以看出寄生二极管的存在,如下图:

寄生二极管是由生产工艺造成的, MOS管的漏极从硅片底片引出,从而产生了寄生的二极管。

寄生二极管可以起到以下两个作用:

防止管子的源极和漏极反接时烧坏MOS管,也可以在电路有反向感生电压时,为反向感生电压提供通路,避免反向感生电压击穿MOS管。

综上,功率型MOS管由于生产工艺的原因,其内部存在寄生二极管,也称体二极管,当将反向电压作用于D、S极时,其寄生二极管会反向导通。在MOS管开关瞬间时,比如采用MOS管实现的桥式驱动电路中,寄生二极管可用导通反向电流,避免反向高压击穿MOS管。

MOS管和三极管不同,是可以反向导通的。

MOS管有三个脚,栅极(G)、 漏极(D)和源极(S)。其中栅极(G)为导通的控制弓|脚。 MOS分为N沟道和P沟道两种。MOS管导通时,电流可以从漏极(D)流向源极(S) ,电流也可以从源极(S)流向漏极(D)。

MOS管导通分析

在增强型MOS中,漏极(D)和源极(S)之间会有-个背靠着的PN结,栅极(G)没有施加电压时,总会有一个PN结反偏，导通不了。当在栅极(G)施加电压后,栅极(G)和硅衬底之间的SiO2绝缘层中就会产生一个栅极(G)指向硅衬底的电场。

氧化物层两边形成一个电容,门极电压等于对电容充电,受电压吸引,电容另一边聚集大量电子，形成导电沟道, MOS管开始导通,电流可以从漏极(D)流向源极(S) ,也可以从源极(S)流向漏极(D)。

MOS管的导通方向

MOS可以分为NMOS和PMOS。两者在使用的时候,其电流方向是不一样的。NMOS寄生二极管的正极在S源极上,负极在漏极D上,当作开关使用时电流ID的方向由漏极D指向源极S。

而PMOS寄生二极管的正极在漏极D上,负极在源极S上,当作开关使用时电流由源极S指向漏极D。

上图是NMOS和PMOS的电路符号和电流的方向, MOS在直流电路中应用的时候一定要注意电流的方向。电流方向与寄生二极管的方向是相反的。

MOS管反向导通的应用

电源防反接电路可以通过二极管/整流桥来实现,但是会带来电压降,对于低压而言不适用。MOS管也可以用作电源的防反接。下面以PMOS防反接为例来讲解。PMOS防反接电路示意图如下图所示。

电源反接时, G为电平, UGS>0 ,所以PMOS不导通;电源正接时, G为低电平,由于寄生二极管的存在,所以S的电平是V-0.7 ,所以UGS<0,电路导通,正常工作。

使用NMOS也可以实现电源防反接。在使用时必须要注意: PMOS要放在高边; NMOS要放在低边。

MOS管正、反向导通应用

充电宝大家都用过吧?有一种充电宝只有一个接口 ,充电和放电共用这个接口，它会自识别插入的是充电器还是手机，接上充电器时,自动对充电宝进行充电;接上手机时,自动切换为放电,对手机进行充电。

这种设计就需要用到MOS的双向导通特性了, 充电时,电流从MOS的源极(S)流向漏极(D) ,放电时,电流从漏极(D)流向源极(S)。

MOS管驱动电路

MOS是电压驱动型器件,驱动电压满足它的门极开启电压( Vgs )就可以让它导通。

N沟道MOS管: DR为高电平时导通；P沟道MOS管: DR为低电平时导通。

在设计MOS驱动电路时,一定要注意它的门极开启电压( Vgs)。如果门极驱动电压不足,会导致MOS导通不完全,内阻增大,发热量增加。

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