常用MOS电源开关电路图 NMOS、PMOS高低侧电源开关电路设计
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随着对器件的控制需求提升，越来越多的电源开关电路出现在设计中。这些设计的目的各有不同：有的需要快速开通与关断，有的需要低导通电阻 大电流，有的需要闲时0功耗。虽然应用场合不同，但做开关可是MOS的强项。下面来介绍几种产品设计中常用的MOS做电源开关的电路。 1、NMOS低侧电源开关 【低侧驱动，最简单最实用，但不一定适用所有的电路，会对部分电路的工作有影响】 由于NMOS和PMOS在原理和生产工艺上存在差异，导致同价格的NMOS在开通速度、额定电流、导通内阻这些参数上均优于PMOS，所以设计中尽量优先选择NMOS。 下图为使用NMOS，最简单的开关电路。(低侧驱动) CONTROL为控制信号，电平一般为3~12V。负载一端接电源正极，另一端接NMOS的D(漏极)。 CONTROL电平为高时，Vgs>NMOS的Vgs导通阀值，MOS导通，负载工作。 CONTROL电平为低时，Vgs=0，MOS关断，负载停机。
1.1、设计时注意事项 1.1.1、泄放电阻 R1 上面这个电路中，通常都会在NMOS的G极、S极间，并联一个10K左右的电阻。这个电阻通常被叫做泄放电阻，用来泄放GS极间的电荷。加它的原因是因为MOS的GS极间的阻值非常高，通常为M欧以上，并且GS间还有结电容，这就导致GS一旦充电，就很难释放掉。如果没有这个泄放电阻，在G极通入高电平，负载会工作，而将G极上的控制信号拿开，由于结电容的存在，GS间的电压会维持在导通阀值以上很长一段时间，负载仍会继续工作。而加了泄放电阻，会加快泄放速度，使电路功能更加合理易用。 1.1.2、Vgs电压范围 对导通速度、导通内阻的影响 通常来讲，TO-220、TO-251AA、SOP-8、SO-8(DFN3x3 5x5)、TO-252、TO-263 这些封装较大的器件，其额定耐压、额定电流都比较大，Vgs的最大允许范围一般为± 20V。 因Vgs的驱动电压越高，MOS的导通电阻就越小，导通速度也越快，所以像电机控制一般多使用12V作为驱动电压。(见下图手册，Vgs=4.5V 和 10V 时，MOS导通内阻的对比) SOT-23封装的MOS，其Vgs最大范围一般为± 12V。 切莫使Vgs超出手册规定的范围，会使MOS损坏。 下图为 IRLR7843 - NMOS 数据手册的部分内容。
1.1.3、寄生结电容 | 驱动电流 | 栅极驱动器 1.1.3.1、寄生结电容 对开断速率的影响 MOS的GS极间的寄生结电容大小，影响了开断速度。越小开断越快，响应越迅速。选型时，应尽量选择小的，可以有更快的开断速度，以降低开关损耗。
1.1.3.2、寄生结电容 和 驱动频率 对驱动电流的需求 MOS的GS极内阻非常大，对外主要体现为容性，低频时对电流的需求不明显，而随着频率升高，电容充放电频率的加快，电容的容抗与频率成反比，容抗变小。 容抗公式
这时在输入信号的频率相对较高的条件下，驱动MOS就需要比以前大得多的驱动电流。大到一定程度，MCU端口能提供的几mA电流就显然不够用了，继续使用MCU端口直驱，一方面会使MCU过载，另一方面会对输出信号的波形造成衰减，严重时会影响NMOS的正常开通。 这种情况，常见于电机控制或者电源转换。控制信号通常为几十KHz~几M的PWM波形。需要使用专用的MOS栅极驱动IC。NMOS的低侧驱动IC很简单，内部大多为一个半桥。市面上使用更多的驱动IC为高侧 低侧栅极驱动IC，即为NMOS半桥栅极驱动，而单单低侧的栅极驱动由于较为简单，搞个NP对管就能实现相(jìn)的效果，即使芯片有很多选择，也并不常用。 2、NMOS高侧电源开关(高侧驱动，稳定、性能好) 【也叫高端驱动、高边驱动，因高端中文容易混淆，所以一般书面形式叫高边、高侧的会多一些】 NMOS做低侧开关，是用NMOS将元件的GND浮空，并通过开通GND开开关电路负载。 一般的电路这样用可能没什么问题，但有的则不行，例如需要低侧电流采样的电机驱动电路，可能导致工作异常。或者有电源完全断开的需求，NMOS低侧开关显然不适合。 NMOS的高侧栅极驱动，一般需要搭配额外的栅极驱动芯片，这类芯片大体有两种： 1、集成电荷泵的NMOS高侧驱动：一种是内部集成电荷泵的。可允许高侧NMOS的持续开通，即允许100%占空比输入。性能稳定，但栅极驱动器芯片的成本略高。 |
