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【电子竞赛预热赛】之N沟道MOS管学习心得

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 楼主| 发表于 2017-10-12 01:36 | 显示全部楼层 |返回版面||阅读模式
本帖最后由 caijie001 于 2017-10-18 18:05 编辑

大家好,我是杰杰。
      今晚,设计电路搞了一晚上,终于从模电渣渣的我,把MOS管理解了那么一丢丢,如有写的不好的地方,请指出来。谢谢

      我带的师弟选的题目是  自动恒温控制的系统   ,打算用闭环的控制,对比继电器,MOS管更精确的控制一点。所以才用上MOS管。

    在数字电路中使用三极管就可以做开关,但是一般是用于控制小信号。对于大电流,三极管发热会比较严重。
mos管因为导通电子非常小,所以特别适合控制大电流的电路。

不会用mos管做开关电路?(我自己也不会,现学现卖一番,刚好整理一下我自己的理解

提问:我想用单片机io直接控制门级可以吗?必须要加驱动电路吗?
答:1:5V的vgs导电通道没有完全打开,驱动led这样的小负载没问题,稍大的就不行了。
      2:首先要求MOS管的开启电压在IO的输出范围内,这时IO可以直接驱动,但为了防止上电暂态的失控,一般要加一个静态偏置即上拉或下拉电阻,这个由MOS管的类型(P沟道还是N沟道)决定。
我个人的理解:其实杰杰认为,只要你单片机io口输出电压达到完全导通的状态,那么你就可以直接驱动MOS管,以IR7843  N沟道MOS管为例:
     
        这圈圈这句话的意思是如果应用于完全导通方式,建议做到至少要4.5V。当你的单片机io可以输出5v的话,那么就不需要驱动电路就能完全导通了。
        三极管有PNP和NPN,MOS管也有NMOS和PMOS,就像三极管有人偏爱PNP类型的一样,MOS管中也有人喜欢用NMOS,原因是导通电阻小,价格便宜
        MOS的导通非常简单:Vgs大于一个常数(也就是它的最小导通电压),MOS管就导通了。至于这个数,是多少?别问我,看手册。

       假设以我选的器材为例,发热功率为60w,12v,它工作电流大概在5A左右,所以,我们选择的MOS管要在完全导通时候允许通过电流要大于5A,
  这样就很完美了。IR7843的导通最小电压为2.5V,最大电压为10V,允许通过的电流远大于5A,满足我们的要求。
然后我们来看看导通的例子:
下图:控制端为低电平的时候,第一个MOS管的Vgs低电平(0),第一个MOS管截止,第二个MOS管的Vgs5V。第二个MOS管导通,S极被拉低

下图:控制端为低电平的时候,第一个MOS管的Vgs高电平(3v),第一个MOS管导通,第二个MOS管的Vgs被拉低第二个MOS管截止。

   一个单片机控制N-MOS管的驱动电路,不仅仅单纯做驱动的,也要做保护,做隔离电路,防止电流流入单片机把单片机烧了。常见的隔离电路有光耦隔离(这个光耦隔离需要根据你的驱动的频率选择),也可以用74系列隔离芯片(7hc244)。
下面分享一个光耦隔离的电路:


谢谢大家。晚安。

更新:
我上面的说法是有错误的,也是有限制的,只能用在简单的驱动MOS管低速电路中,而不能用在高速驱动上

MOS其实有两个特别重要的参数,我没有注意到,Qg and C(MOS的寄生输入和输出电容)。

跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。
在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。 普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极(G)电压大于源极(S)电压。要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
一个大神网友的指点:@westmas
Qg: 可以认为驱动电流提供了Qg电荷才能完全打开MOS,从开状态吸收了Qg电荷才能完全关断。按照所给的参数Qg=34nC,又设单片机的最大输出电流为20mA,则理想状态下开通或关断此MOSFET的时间 t=Qg/I=1.7us. 在开通或关断期间的开关损耗:w=1/2v^2t=0.5*5^2*1.7=21.25uW(阻性负载,感性负载为2倍),又设开关频率为1K,则开关损耗:2*1000*w=42.5mW;如果开关频率为50kHZ,则开关损耗2.125W,光开关损耗就让MOS挂掉了。说明不能处于高速开关模式。
另外,在充电期间,cg相当于对地短路,放电期间,Cg相当于对电源短路,导致单片机IO口经常处于短路模式,用久了单片机IO口有可能损坏。
所以,即使处于低速开关状态,仍然建议在MOSfet前加一级驱动,一是提高开关速度,二是保护单片机IO。

我这个直接接io口的控制,是不够好的,第一点:没有隔离电路,没有保护好单片机。    第二点,只能简单当做一个开关,做不到高频的通断,所以建议是外加驱动电路。
杰杰就分享一个我飞思卡尔的双电机驱动电路(H桥),是师兄留下来的,当时没研究其驱动电路(也是很尴尬,导致现在的水平不够)
使用74hc244隔离芯片,用IR2014驱动芯片驱动MOS管,可以实现20kHZ的频率驱动电机,没有问题。




注:杰杰是个MOS管初学者,如有不对的地方请务必指点出来


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发表于 2017-10-12 07:59 | 显示全部楼层 |返回版面
杰杰好拼,半夜发帖,顶起来~
     

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 楼主| 发表于 2017-10-12 08:32 | 显示全部楼层 |返回版面
21ic小喇叭 发表于 2017-10-12 07:59
杰杰好拼,半夜发帖,顶起来~

我只是刚好那时候查资料搞到半夜,刚刚稍微理解了一点点,就发了,我怕我以后憋不出话来
     

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发表于 2017-10-12 08:59 | 显示全部楼层 |返回版面
这个ppt截图好熟悉呀
看来我曾经也研究过,现在又忘了。
     

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发表于 2017-10-12 11:00 | 显示全部楼层 |返回版面
gujiamao12345 发表于 2017-10-12 08:59
这个ppt截图好熟悉呀
看来我曾经也研究过,现在又忘了。

不错,用单片机直接驱动要考了开关速度,io不能在高速开关时提供mos所需要的结电容充放电流
     

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 楼主| 发表于 2017-10-12 11:15 | 显示全部楼层 |返回版面
wzq666 发表于 2017-10-12 11:00
不错,用单片机直接驱动要考了开关速度,io不能在高速开关时提供mos所需要的结电容充放电流 ...

学习了,
     

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 楼主| 发表于 2017-10-12 11:33 | 显示全部楼层 |返回版面
wzq666 发表于 2017-10-12 11:00
不错,用单片机直接驱动要考了开关速度,io不能在高速开关时提供mos所需要的结电容充放电流 ...

MOS管是电压控制器件,io口一般都能驱动吧,不是太高速的话
      

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发表于 2017-10-12 21:04 | 显示全部楼层 |返回版面
最后一部分,关于光耦隔离,两侧的GND,共地了,怎么能隔离呢?
我一直有这个疑问
     

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 楼主| 发表于 2017-10-12 21:58 | 显示全部楼层 |返回版面
被补完的卍解 发表于 2017-10-12 21:04
最后一部分,关于光耦隔离,两侧的GND,共地了,怎么能隔离呢?
我一直有这个疑问 ...

隔离只是对电流的隔离,防止电流倒流进单片机引起烧坏。光耦实现  电-光-电信号的转化,就不会有电流直接导通,这就是隔离
      

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发表于 2017-10-13 10:28 | 显示全部楼层 |返回版面
不错
      

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发表于 2017-10-13 16:04 | 显示全部楼层 |返回版面
caijie001 发表于 2017-10-12 21:58
隔离只是对电流的隔离,防止电流倒流进单片机引起烧坏。光耦实现  电-光-电信号的转化,就不会有电流直接 ...

学习了
      

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发表于 2017-10-13 22:42 | 显示全部楼层 |返回版面
很清晰
qq:641208111;技术交流群:377640799
大学电子竞赛预热赛开赛啦~千元大奖等你来拿火热进行中!!点击参加活动
欢迎加个人QQ:641208111一起交流合作
     

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 楼主| 发表于 2017-10-13 23:35 | 显示全部楼层 |返回版面

能得到鸟哥的肯定是我的荣幸啊
     

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发表于 2017-10-14 16:26 | 显示全部楼层 |返回版面
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发表于 2017-10-14 16:39 | 显示全部楼层 |返回版面
用一个74门电路控制MOS管多好,VGS大于4.5V。DS导通。
      

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发表于 2017-10-14 17:50 | 显示全部楼层 |返回版面
三极管属于流控流型器件,
MOS管属于压控流型器件,
两个在物理结构以及工作原理上有本质的区别。

在这三极管导通时会存在PN节压降,
因此在大电流应用时会发热比较严重。
而MOS管导通时压降可以忽略不计,
因此不存在这个问题。

受晶体管压降影响,在芯片内部全部使用MOS管,
因此在数字电路中应用更多的是MOS,而不是三极管。
年轻不是资本,奋斗才是良策!
     

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发表于 2017-10-15 22:00 | 显示全部楼层 |返回版面
单片机IO口驱不了MOS的。MOS其实有两个特别重要的参数,你没有注意,Qg and C(MOS的寄生输入和输出电容)。如果要研究MOS管,这些理解还不够。米勒平台也没有提到。加油
     

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 楼主| 发表于 2017-10-16 10:15 | 显示全部楼层 |返回版面
stalker张 发表于 2017-10-15 22:00
单片机IO口驱不了MOS的。MOS其实有两个特别重要的参数,你没有注意,Qg and C(MOS的寄生输入和输出电容) ...

谢谢,我也是初学的哈哈
     

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实习生

发表于 2017-10-16 10:17 | 显示全部楼层 |返回版面
不错!
     

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发表于 2017-10-17 09:57 | 显示全部楼层 |返回版面

不错!
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