感谢阅读本文,在接下来很长的一段时间里,我将陆续分享项目实战经验。从电源、单片机、晶体管、驱动电路、显示电路、有线通讯、无线通信、传感器、原理图设计、PCB设计、软件设计、上位机等,给新手综合学习的平台,给老司机交流的平台。所有文章来源于项目实战,属于原创。
一、原理介绍
如上图,NMOS管是压控型器件,Vgs电压大于Vth开启电压时,内部沟道在场强的作用下导通,Vgs电压小于Vth开启电压时,内部沟道截止;
Vgs电压越高,内部场强越大,导通程度越高,导通电阻Ron越小,注意,Vgs电压不能超过芯片允许的极限电压;
说明:NMOS管一般作为低端驱动器件,源级S接地。
二、寄生参数
1、寄生二极管
使用时,要特别注意内部寄生二极管。 例如,电源接反时,源级S接到了电源正极,此时通过内部寄生二极管导通,如果电源输入没有反接保护,NOMS管有可能烧毁。
2、寄生电容
使用时,要特别注意GS管脚的寄生电容Cgs,控制NMOS管的导通与截止,本质上是控制Cgs电容的充放电;
如果要求NMOS快速导通与截止,此时需要驱动源能够提供足够大的驱动电流,以提供Cgs电容的瞬间充放电;
如果仅仅作为开关使用,可以串电阻,以减小Cgs的充放电电流,此时,对驱动源的要求就不高,单片机的IO口(推挽输出时,可以提供20mA的驱动电流)可以直接驱动。
三、选型
1、常用型号:AO3400,AO3414,AOD4184等,型号很多,可以根据需求合理选择;
2、选型依据
①、Ids电流,导通电阻Ron越小,允许的Ids越大;
②、开关速率,详看手册的打开、保持、关闭时间;
③、Vgs开启电压,驱动电压,极限电压;
④、Vds极限电压;
⑤、封装尺寸;
四、项目实战
1、防反接
设计说明:
1、巧妙利用内部寄生二极管。上电时,通过内部寄生二极管,Vgs电压大于Vth电压,NMOS管完全导通;
2、R87,R88:电阻分压,调整Vgs电压,Vgs电压尽量大,这样,Ron越小,压降越小,损耗越低;
3、D25、稳压二极管,防止Vgs电压超过极限电压。
2、低端开关
设计说明:
1、R14起到限流作用,单片机输出高电平时,通过R14给Cgs电容充电,U7导通;单片机输出低电平时,Cgs电容通过R14放电,U7截止;
2、由于单片机输出电压没有超过Vgs的运行电压,GS端不需要并电阻到地。
3、PWM开关
设计说明:
1、单片机输出PWM波控制NMOS管,D级接到2.5V的参考电压,再通过RC滤波,可以控制输出0-2.5V电压输出, 再配上放大器、射随,可以实现PWM调压输出;
2、R21电阻不能太大,否则,Cgs电容充放电速度过慢,波形输出受影响,也不能太小,否则,Cgs电容充放电过大,单片机IO驱动不了。
五、小结
NMOS管是驱动电路常用的器件,使用时根据需求合理选择型号,应用时注意内部寄生参数,极限参数,提高产品的可靠性。
NMOS管涉及的知识点很多,本文只是简要的介绍了下,仅仅起到抛砖引玉的作用,日后设计过程中,需要不断的总结经验,沟通交流,以达到真正的理解,灵活运用。
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作者:刘杰,软硬件技术10年,全职提供技术开发与技术服务、生产支持等。