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MOSFET充当开关工作的应用

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虽然MOSFET可以工作在饱和区或放大区,但是实际的电路应用中一般应用在饱和区会多一点,此时MOSFET一般充当开关的作用。比如下面的电路布置中,我们采用增强型 N 沟道 MOSFET 用于将简单的LED灯“打开”和“关闭”。 我们通过在栅极输入电压 VGS 加载电压并使得VGS达到适当的正电压电平以打开MOSFET,因此LED负载会被“打开”, 当VGS处于零电压电平,MOSFET将处于“关闭”状态。
上面显示了一个非常简单的电路,用于切换电阻负载,例如灯,这里说的灯是常规的靠灯丝通电发亮得灯,或LED。 但是,当使用功率 MOSFET 来切换电感或电容负载时,这时我们就需要某种形式的保护电路来防止 MOSFET 器件损坏。驱动电感负载与驱动电容负载通常来说其需要的保护电路是不同的。例如,当电容器没用通电,此时突然给容性负载通电,那么此时没有电荷的电容器是等效为短路状态,所以在驱动电容负载时,MOSFET导通瞬间会导致MOSFET通过非常高得“浪涌”电流。另外一种情况就是驱动电感负载,当我们从感性负载上移除电压时,随着磁场消失,此时会在感性负载两端产生很大的反向电压,从而导致在电感器的绕组中感应出比较大的反电动势。
需要注意的是,当我们使用MOSFET来驱动继电器,线圈等电感负载时,则需要与负载并联一个“续流二极管”,以保护 MOSFET受到任何感生反电动势的影响而损坏。另外需要注意的是,N 沟道MOSFET 的栅极端子必须吸引电子,从而比源极电压更高,以允许电流流过沟道, P 沟道 MOSFET 的传导则是由于空穴的流动。 也就是说,P 沟道 MOSFET 的栅极端子必须比源极更负,也就是栅极端子电压必须比源极低。因此,为了使增强型功率 MOSFET 作为模拟开关器件运行,它需要在其“截止区域”和其“饱和区域”。 MOSFET 中消耗的功率取决于饱和时流过通道 ID 的电流以及以 RDS(on) 给出的通道“导通电阻”。
假设LED灯的额定工作电压为 6V,其功率为36W 并且处于完全“开启”状态,假定我们所使用的标准 MOSFET 的通道导通电阻 (RDS(on)) 值为 0.1Ω。 如果要计算 MOSFET 开关器件中消耗的功率,则可按照如下方法进行。流过LED灯灯的电流计算如下:
I=P/U=36W/6V=6A,那么此时MOSFET 开关器件中消耗的功率为:
P=I*I* RDS(on)= 6A *6A*0.1Ω=3.6W;
你可能会想,MOSFET 开关器件中消耗的功率有什么用处呢?当我们使用 MOSFET 作为开关来控制直流电机或具有高浪涌电流的电气负载时,漏极和源极之间的“导通”通道电阻 (RDS(on)) 是很重要。 例如,当电机刚开始旋转时,控制直流电机的 MOSFET 会承受高浪涌电流,因为电机启动电流仅受电机绕组极低电阻值的限制。由于基本功率关系为:P = I*I*R,因此高 RDS(on) 通道电阻值只会导致大量功率在 MOSFET 本身内耗散和浪费,从而导致温度过高,如果不加以控制,可能会导致由于热过载,MOSFET 变得非常热并损坏。

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21ic小管家 打赏了 50.00 元 2023-02-08
理由:签约作者奖励

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王栋春 2023-1-28 22:04 回复TA
复习一下MOS管的资料,多谢楼主分享。 

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