【电子竞赛预热赛】之N沟道MOS管学习心得
本帖最后由 caijie001 于 2017-11-15 15:41 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IR7843N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。（在后面经过测试，通过电流没问题，但是时间一就，就会很烫，不建议这样使用，驱动飞思卡尔的哪些电机还是绰绰有余的，但是驱动60w的加热器，还是有难度，毕竟发热挺烫的）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为低电平（0），第一个MOS管截止，第二个MOS管的Vgs为5V。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为高电平（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：@westmasQg: 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
杰杰好拼，半夜发帖，顶起来~ 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{:biggrin:} 这个ppt截图好熟悉呀
看来我曾经也研究过，现在又忘了。 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 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， 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 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 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 不错 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 很清晰 山东电子小菜鸟 发表于 2017-10-13 22:42
很清晰
能得到鸟哥的肯定是我的荣幸啊 赞一个 用一个74门电路控制MOS管多好，VGS大于4.5V。DS导通。 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。
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 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 不错！
不错！
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