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  6. 怎么計算MOS管的開關電路
    • 發布時間:2024-08-05 17:22:58
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    怎么計算MOS管的開關電路
    1.源極接地型開關
    如下是NMOS和PMOS的源極接地型開關,所謂源極接地型,即NMOS的源極直連GND,PMOS的源極直連VDD。其中Rg是柵極限流電阻,RP是偏置電阻,RD是主路徑限流電阻。
    MOS管的開關電路
    圖3-1:NMOS和PMOS源極接地型開關
    對于NMOS源極接地型開關,當Ctrl in輸入高電平時,NMOS導通,out端直接連GND,輸出低電平;當Ctrl in為低電平時,NMOS不導通,out端通過RD連接VDD,輸出高電平。
    對于PMOS源極接地型開關,當Ctrl in輸入高電平(以VDD為基準,VDD-Vin>Vth)時,PMOS不導通,out端被RD下拉至GND,輸出低電平;當Ctrl in輸入低電平(VDD-Vin
    根據上面描述的工作過程,可知源極接地型開關的out和Ctrl in比較,是反相的,所以源極接地型開關又叫反相開關。
    2.源極跟隨型開關
    如下是NMOS和PMOS的源極跟隨型開關,所謂源極跟隨型,即NMOS的漏極直連VDD,PMOS的漏極直連GND。其中Rg是柵極限流電阻,RP是偏置電阻,RD是主路徑限流電阻。
    MOS管的開關電路
    圖3-2:NMOS和PMOS源極跟隨器型開關
    對于NMOS源極跟隨型開關,當Ctrl in輸入高電平時,NMOS導通,out端直接連VDD,輸出高電平;當Ctrl in為低電平時,NMOS不導通,out端被RD下拉至GND,輸出低電平。
    對于PMOS源極跟隨型開關,當Ctrl in輸入高電平(以VDD為基準,Vin-VDD>Vthmax)時,PMOS不導通,out端通過RD連接VDD,輸出高電平;當Ctrl in輸入低電平(Vin-VDD
    根據上面描述的工作過程,可知源極跟隨型開關的out和Ctrl in比較,是同相的,所以源極跟隨型開關又叫同相開關。
    3.源極接地型和源極跟隨型開關設計實例
    設計背景:
    控制端為MCU的GPIO,高電平1.8V,VDD為5.0V,設計一個LED驅動電路,可以控制LED的亮滅。LED為ROHM的SMLZ24BN3TT86,相關參數如下:
    MOS管的開關電路
    圖3-3:LED的最大額定參數
    MOS管的開關電路
    圖3-4:LED的標準參數
    從上述參數可知,LED正常工作時,導通電流IFMAX=30mA,脈沖峰值電流為100mA,那么控制LED關閉時電流為0mA,導通時電流為20mA,VF=3.3V,明暗就在0-20mA之間變化。
    設計分析:
    LED點亮時,VF=3.3V,那么導通路徑上的電阻分壓為5-3.3=1.7V,導通路徑電流=0.02A,路徑電阻RD=1.7V/0.02A=85Ω。因為路徑電流不大,所以不需要選用功率MOS,小信號MOS就可以滿足要求。Ctrl in端電壓=1.8V,匯總選型參數為:ID>0.02A,VGSTH<1.8V,VDSS>5.0V。
    此處選LRC的LSI1012LT1G,具體參數如下:
    MOS管的開關電路
    圖3-5:LSI1012LT1G最大額定參數
    MOS管的開關電路
    圖3-6:LSI1012LT1G靜態參數
    VGSth=0.9Vmax,1.8V的VGS可以將MOS完全打開。設計如下:
    MOS管的開關電路
    圖3-7:NMOS源極接地型和源極跟隨型開關
    從圖3-7可以看到,同樣的器件,兩種驅動方式,參數是不同的,左圖MOS關斷時,電流路徑為VDD--->RD--->LED--->GND,此時功耗P關=PRD+PLED。MOS導通時,此時功耗P通=PRD+PQ。由于RD比較小,P通會比較大。右圖MOS關斷時,此時功耗P關=0,MOS導通時,RD比較大,20mA電流都流向LED,此時功耗P通=PLED。(電阻RD上的功耗忽略不計)。兩種功耗的差異很明顯,但前者是反相,高電平熄滅,低電平點亮,后者是同相,高電平點亮,低電平熄滅。
    圖3-10是PNP型源極接地型和源極跟隨型開關,分析方式和上面類似,選用PMOS型號為LRC的LSI1013LT1G設計源極接地型和源極跟隨型開關:
    MOS管的開關電路
    圖3-8:LSI1013LT1G最大額定參數
    MOS管的開關電路
    圖3-9:LSI1013LT1G電氣參數
    由于VDD=5V,那么Ctrl in電平的參照就是VDD=5V,Ctrl in最高1.8V,VGS是-5V和-3.2V,均小于VGSTH=-1.3V,都處于導通狀態。如果更改VDD為1.8V,當Ctrl in=0V低電平時,VGS=-1.78V<-1.3V,PMOS導通,當Ctrl in=1.8V高電平時,VGS=0V>-0.45V,PMOS關斷。更改為VDD=1.8V,LED就需要重新選型。
    從上面計算可知使用PMOS設計驅動電路,沒有NMOS簡單,成本也比較高。
    MOS管的開關電路
    圖3-10:PMOS源極接地型和源極跟隨型開關
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