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NMOS和PMOS详解以及电路设计

2023-10-26

一、简介

MOS管，是MOSFET的缩写。MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。

这里写图片描述

其中，G是栅极，S是源极，D是漏极。

二、常见的nmos和pmos的原理与区别

NMOS

NMOS英文全称为N-Metal-Oxide-Semiconductor。 意思为N型金属-氧化物-半导体，而拥有这种结构的晶体管我们称之为NMOS晶体管。 MOS晶体管有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，由NMOS组成的电路就是NMOS集成电路，由PMOS管组成的电路就是PMOS集成电路，由NMOS和PMOS两种管子组成的互补MOS电路，即CMOS电路。

PMOS

PMOS是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管。

NMOS和PMOS工作原理

P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低，因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。此外，P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。它的供电电源的电压大小和极性，与双极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。PMOS因逻辑摆幅大，充电放电过程长，加之器件跨导小，所以工作速度更低，在NMOS电路（见N沟道金属—氧化物—半导体集成电路）出现之后，多数已为NMOS电路所取代。只是，因PMOS电路工艺简单，价格便宜，有些中规模和小规模数字控制电路仍采用PMOS电路技术。

NMOS和PMOS区别

三、MOS管应用分析

NMOS和PMOS区别

1.导通特性

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

2.MOS开关管损失

不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。

MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越高，损失也越大。

导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。

3.MOS管驱动

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。

第二注意的是，普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压（VCC）相同，所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，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。

四、MOS应用电路设计

在实际项目中，我们基本都用增强型，分为N沟道和P沟道两种。

NMOS和PMOS区别

我们常用的是NMOS，因为其导通电阻小，且容易制造。在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的，需要具体看数据手册。

了解MOS管的开通/关断原理你就会发现，使用PMOS做上管、NMOS做下管比较方便。使用PMOS做下管、NMOS做上管的电路设计复杂，一般情况下意义不大，所以很少采用。

下面先了解MOS管的开通/关断原理，请看下图：

https://ss2.baidu.com/6ONYsjip0QIZ8tyhnq/it/u=2323938536,1082213179&fm=173&app=25&f=JPEG?w=640&h=371&s=E596257621865CEA066CD4D2000000B2

NMOS管的主回路电流方向为D→S，导通条件为VGS有一定的压差，一般为5~10V（G电位比S电位高）；而PMOS管的主回路电流方向为S→D，导通条件为VGS有一定的压差，一般为-5~-10V（S电位比G电位高），下面以导通压差6V为例。

NMOS管

使用NMOS当下管，S极直接接地（为固定值），只需将G极电压固定值6V即可导通；若使用NMOS当上管，D极接正电源，而S极的电压不固定，无法确定控制NMOS导通的G极电压，因为S极对地的电压有两种状态，MOS管截止时为低电平，导通时接近高电平VCC。当然NMOS也是可以当上管的，只是控制电路复杂，这种情况必须使用隔离电源控制，使用一个PMOS管就能解决的事情一般不会这么干，明显增加电路难度。

https://ss0.baidu.com/6ONWsjip0QIZ8tyhnq/it/u=123242985,3870653698&fm=173&app=25&f=JPEG?w=595&h=543&s=E596A776510674E81C6190DA0000A032

PMOS管

使用PMOS当上管，S极直接接电源VCC，S极电压固定，只需G极电压比S极低6V即可导通，使用方便；同理若使用PMOS当下管，D极接地，S极的电压不固定（0V或VCC），无法确定控制极G极的电压，使用较麻烦，需采用隔离电压设计。

https://ss0.baidu.com/6ONWsjip0QIZ8tyhnq/it/u=3482279856,153803706&fm=173&app=25&f=JPEG?w=560&h=503&s=E596A576591740CA0C4DFCDA00003032

 

硬件之家，技术向前。

五、常见的MOS管型号

A2700 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：9A

导通电阻：7.3mΩ

SI4336 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：22A

导通电阻：4.2mΩ

SI4404 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：17A

导通电阻：8mΩ

SI4410 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：10A

导通电阻：14mΩ

SI4420 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：10A

导通电阻：10mΩ

SI4812 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：7.3A

导通电阻：28mΩ

SI9410 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：6.9A

导通电阻：50mΩ

IRF7313 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：6A

导通电阻：29mΩ

IRF7413 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：12A

导通电阻：18mΩ

IRF7477 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：11A

导通电阻：20mΩ

IRF7805Z N型管(贴片)

耐压：30V

电流：16A

导通电阻：6.8mΩ

IRF7811 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：11A

导通电阻：12mΩ

IRF7831 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：16A

导通电阻：0.004Ω

IRF7832 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：20A

导通电阻：4mΩ

IRF8113 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：17A

导通电阻：5.6mΩ

TPC8003 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：12A

导通电阻：6mΩ

FDS6688 N型管(贴片)

耐压：30V

电流：16A

导通电阻：0.006Ω

FDD6688 TO-252贴片

耐压：30V

电流：84A

导通电阻：5mΩ

A2716 P型管(贴片)

耐压：30V

电流：7A

导通电阻：11.3mΩ

SI4405 P型管(贴片)

耐压：30V

电流：17A

导通电阻：7.5mΩ

SI4425 P型管(贴片)

耐压：30V

电流：9A

导通电阻：19mΩ

SI4435 P型管(贴片)

耐压：30V

电流：8A

导通电阻：20mΩ

SI4463 P型管(贴片)

耐压：20V

电流：12.3A

导通电阻：16mΩ

SI9435 P型管(贴片)

耐压：30V

电流：5.3A

导通电阻：50mΩ

IRF7424 P型管(贴片)

耐压：30V

电流：8.8A

导通电阻：22mΩ

STM4439A P型管(贴片)

耐压：30V

电流：14A

导通电阻：18mΩ

FDS6679 P型管(贴片)

耐压：30V

电流：13A

导通电阻：9mΩ

BUZ111S N型管(直插)

耐压：55V

电流：80A

导通电阻：8mΩ

5N05 N型管(直插)

耐压：50V

电流：75A

导通电阻：0.0095Ω

6N60 N型管(直插)

耐压：600V

电流：5.5A

导通电阻：0.75Ω

50N03L N型管(直插)

耐压：25V

电流：28A

导通电阻：21mΩ

60N06 N型管(直插)

耐压：60V

电流：60A

导通电阻：14mΩ

BTS110 N型管(直插)

耐压：100V

电流：10A

导通电阻：200mΩ

BTS120 N型管(直插)

耐压：100V

电流：19A

导通电阻：100mΩ

IRF15 0 N型管(铁壳非直插)

耐压：100V

电流：40A

导通电阻：55mΩ

IRF1405 N型管(直插)

耐压：55V

电流：131A

导通电阻：5.3mΩ

IRF2804 N型管(直插)

耐压：40V

电流：75A

导通电阻：2mΩ

IRF3205 N型管(直插)

耐压：55V

电流：110A

导通电阻：8mΩ

IRF3703 N型管(直插)

耐压：30V

电流：210A

导通电阻：2.3mΩ

IRL3803 N型管(直插)

耐压：30V

电流：140A

导通电阻：6mΩ

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