关于mos作开关的缺陷

llnn

关于mos作开关的缺陷 [复制链接]

 

例如nmos 在gs为0时，d向s流的电流可以阻断，但由于寄生二极管的存在，导致电流由s向d极流。简而言之，mos作开关时，只能可靠截止一边，无法像一般开关正向反向都可以可靠截止。所以是否有一种开关既能有低导通电阻（100mΩ级别甚至更低），还可以可靠双向截至，具有一定耐压值（例如60V）。

maychang

『是否有一种开关既能有低导通电阻（100mΩ级别甚至更低），还可以可靠双向截至，具有一定耐压值（例如60V）』

两个功率MOS管 “背靠背” 串联使用(两个MOS管源极联接在一起)。此方法，MOS管的驱动是 “悬浮” 的。

llnn

maychang 发表于 2022-11-28 20:18 『是否有一种开关既能有低导通电阻（100mΩ级别甚至更低），还可以可靠双向截至，具有一定耐压值（例 ...

你好，这个方法曾经设想过，以nmos为例子，两个D极分别接5v和30V，此时G极接地，那么即便分压中间的S极无论如何都是正电压，mos管不可能导通，由于两个mos串联，寄生二极管也是反向串联，故也不可能靠寄生二极管来导通。但若是一个5V另外一个为-30V时，中间的S极为负压时，此时G极无论是高电平还是接地，两个mos都会导通，除非G极也接个负压。但事实上这个负压可能比较大，不太好实现，若是不止-30V时，那么这个负压也要继续增大，为实现此负压，搞一个新电源不太合适。

 

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 20:39

我在二楼已经说过 “此方法，MOS管的驱动是 “悬浮” 的”。

大功率MOS管，是否导通或者关断，由门极与源极之间电压决定。现在你『两个D极分别接5v和30V，此时G极接地』，并不能确定两个门极与源极之间的电压，也就不能确定两个MOS管是否导通。

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 20:39

而且，为什么要『此时G极接地』？反向串联的两个MOS管(交流开关)不是这么个驱动法。

llnn

maychang 发表于 2022-11-28 20:46

实际上S极电压是可以确定的，虽说具体值不知道，但实际上是一个确定的值，至少为正值。至于您说的G极是悬浮的，我深表认同，所以整个mos是否关断先测S极电压，再由S极电压来决定G极电压范围以此来保证MOS管可靠截至。但就如刚才三楼后半段所说，限制条件过多，实际工程意义并不大。

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 21:06

这种两个MOS管反向串联的电路，实际工程上有意义，也偶见使用，用于交流开关。困难之处在于源极电位不确定，所以门极驱动没有 “地”，必须是悬浮驱动。

llnn

maychang 发表于 2022-11-28 20:47 而且，为什么要『此时G极接地』？反向串联的两个MOS管(交流开关)不是这么个驱动法。

就仅以直流为例，我指的是两个mos相当于一个开关，5V和30V相当于两个直流电压。以一个物理开关为例，只要开关关断，开关两端有两个电压，此时阻抗相当于无穷大，故而电流为无穷小。而以单mos作开关（以nmos为例），此时有个限制条件1——就是D极这边电压要大于S极这边电压，且还得保证条件2——GS极之间的电压此时才能可靠截至，实际工程不可能就这种情况。故而使用背靠背这种连接方式，可以使条件1完全解除，但还有条件2，无法解决，就如三楼后半段所举例，限制条件太大。

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 21:06

驱动方法之一，是用一个小型变压器来驱动。两个MOS管源极联接在一起，两个门极也联接在一起，变压器次级经全波整流稍加滤波(滤波之后必须加电阻作为电容放电的负载)后供作驱动，变压器初级由其它小功率电路提供方波。此法缺点是MOS管导通关断之间转换缓慢，这个交流开关只能在比较低的开关频率使用，要想达到数十甚至数百kHz的开关动作，这个加小功率变压器的办法就失效。不过，数百Hz甚至数kHz的开关频率是可以实现的。

maychang

maychang 发表于 2022-11-28 21:21 这种两个MOS管反向串联的电路，实际工程上有意义，也偶见使用，用于交流开关。困难之处在于源极电位不确 ...

另一个方法，是用小功率变压器经整流滤波后提供两个MOS管门极直流电源，另用一个光耦控制此直流电源，使两个MOS管导通关断。此法可以让两个MOS管迅速导通关断，频率仅受光耦和MOS管特性限制达到数百kHz也有可能。

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 21:06

要言之，驱动电路必须以两个MOS管源极为 “地”。可以使用独立的直流电源提供门极驱动电压(10楼方法)，或者用整流的方法将变压器次级交流整流滤波提供门极驱动电压(9楼方法)。

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 21:06

你的想法是『先测S极电压，再由S极电压来决定G极电压范围以此来保证MOS管可靠截至』，还是想用与漏极相关的电源来使MOS管导通关断。9楼10楼方法，不依赖于漏极或者源极，是『悬浮』驱动。

llnn

llnn 发表于 2022-11-28 21:06

您提出的主要是关于反向串联mos作交流开关的用途，从中我学到了许多，感谢您对这方面问题解惑。由于我提出问题具有误导性，经过一系列的讨论，我也更加清楚心中所疑惑的地方。是否能从mos身上寻找灵感，找到一款能有一定耐压值，导通电阻小，能够双向可靠截至的器件，例如一般线圈继电器，但实际上其导通电阻不小，但mosfet继电器导通电阻小，却不知是否能双向截至，因为其内部结构也有类似两个mos背靠背串联的结构。

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 21:06

如果有多个背靠背的串联MOS管，需要分别控制其导通关断，那么10楼方法更可取。多个小功率变压器，可以将初级并联起来，各次级分别整流滤波，为光耦提供工作电源。这种小功率变压器如果工作于较高频率例如50kHz，那么变压器体积重量都相当小，滤波的电容也相当小，价格不贵。

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 21:41

13楼电路，就是两个N沟MOS管 “背靠背” 联接，当然，已经做到芯片内部了。这两个MOS管，源极联接在一起，门极也联接在一起。驱动靠的是发光管发光向两个MOS管门极传输能量。这种光耦市场上有售，但能够控制的功率不大，电压不过数十伏特，电流小于1A。

我10楼所说方法，若是使用大功率MOS管，两个漏极之间电压可达数百V甚至1kV，电流可以达到数十A。至于成本，变压器价格小于1圆，光耦则要看使用到多高频率，高速光耦比较贵，若是普通光耦，价格也是几毛钱。

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 21:41

『但mosfet继电器导通电阻小，却不知是否能双向截至，因为其内部结构也有类似两个mos背靠背串联的结构。』

双向截止这一点，不必担心，两个MOS管背靠背串联，截止时漏电流通常小于1微安。

llnn

为使目标更加清晰。如图。

 

正常工作下，此时1点为地，通过一个负反馈使三极管输出1A电流，那么整个通路有1A电流，由于3.7V锂电池最大输出功率有限，开关阻抗（小于100mΩ）不能太大，否则会使电池输出不了1A。

在外加电压情况下，1点有两种情况，为30V和-30V两种，此时只要求该电压不破坏该通路的任何器件，且基本无电流（即开关要可靠截至）。

若单mos肯定不行，背靠背mos的G极限制条件过大（30V时，只要使G极接地就可满足，但-30V条件过于苛刻。），故此种方法也并非良策。

 

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 22:19 为使目标更加清晰。如图。   正常工作下，此时1点为地，通过一个负反馈使三极管输出1A电流，那 ...

越说越糊涂。

『正常工作下，此时1点为地』。这句没毛病。

『在外加电压情况下，1点有两种情况，为30V和-30V两种』。30V或－30V是对哪一点而言？电路中所有电压，如无特别声明，都是对『地』来说的。如今1点(为地的点)怎么能变化成30V？

maychang

llnn 发表于 2022-11-28 22:19 为使目标更加清晰。如图。   正常工作下，此时1点为地，通过一个负反馈使三极管输出1A电流，那 ...

防止过压，防止反压，有很多办法。雷击那么高电压那么大功率都有办法防。但你描述得那么混乱，谁也没办法。

llnn

maychang 发表于 2022-11-29 09:47

抱歉，由于条件太多，我不好一个一个描述，只能适当补充。无论是3.7V还是30V和-30V都是相对整个系统的地，这个外加的30V电源也是与系统共好地的。