一、认识MOS管电气符号:分清源极、漏极与栅极
MOS管有三个基本引脚:G极(Gate,栅极)、S极(Source,源极)、D极(Drain,漏极)。无论是N型还是P型,G极通常处于符号的一侧,而S极与D极的识别关键在于连线的结构。
最简单的记忆方式是:符号中,两根线交叉的一端是S极,而另一端的单独连线则是D极。这个规律对于识别电路图中MOS的方向非常实用。
更关键的是,MOS管符号中的箭头方向具有特殊意义:
- 若箭头从S极指向G极(即箭头“指进”管体),说明是N-MOS;
- 若箭头从G极“指出”并指向S极,则为P-MOS。
这个特性也是判断MOS类型的核心标志之一。
二、N-MOS管导通原理与驱动电路解析
N型MOSFET的导通条件是:当G极电压高于S极一定值(大于阈值电压Vth)时,管子导通,D极和S极之间呈低阻状态。
一个常见的驱动方式是:
- G极连接控制电压(如单片机IO口),
- S极接地(GND),
- D极连接负载的负极或负载的低电位侧。
举一个实际的应用例子:控制一个小风扇的通断。风扇的负极连接到 N-MOS 的 D 极,源极连接到地,风扇的栅极连接到 3.3V 单片机的输入口。当输入口输出高(3.3V)时,G-S之间形成正向电压。当输入口输出低(0V)时,G极无压差,MOS关闭,风扇停止运行。
这种方式非常适合低电压控制的负载开关,电路简单,响应速度快。
三、P-MOS管的驱动注意事项及解决方案
反向逻辑的P型MOSFET是导通的,当G极电压低于S极一定值(低于Vth)时。在控制正极电源的通断中,它通常被用于这种用途。例如,在12V供电电路中,P-MOS的S极与电源正极连接,D极与负载正极连接。如果G极被拉低(如接地),MOS就会导通,负载得电。
不过问题来了:单片机IO口输出最高电压为3.3V,而P-MOS的S极可能是12V,这种情况下,即便IO输出高电平,G-S之间依旧是负电压,MOS仍处于导通状态,根本无法控制开关。
为了解决这个问题,常见的方式是采用一个N-MOS或三极管作为前级驱动。当MCU输出高电平时,通过N-MOS将P-MOS的G极拉到GND,使其导通;当MCU输出低电平,N-MOS关断,P-MOS的G极通过上拉电阻恢复至S极电压,P-MOS关断。
这个电路结构虽然稍复杂,但有效地解决了P-MOS驱动时IO电压不足的问题。
四、真实项目案例:温控制冷片驱动电路
以一个温控系统为例:需要通过单片机控制制冷片的通断,供电电压为12V,电流较大。考虑到稳定性与响应速度,最终选择一颗P-MOS(如WSP70P03)作为主开关,同时用一颗AO3400A N-MOS来做前级控制。
控制流程如下:
- 单片机输出高电平 → AO3400A导通 → 拉低P-MOS G极 → P-MOS导通 → 制冷片工作;
- 单片机输出低电平 → AO3400A关断 → G极上拉至12V → P-MOS截止 → 制冷片断电。
这个设计方案在实际项目中运行良好,控制灵敏,电路温升低,MOS管工作在开关区间,几乎无功耗。
总结:MOS管驱动掌握三点就够了
1. 分清电气符号,箭头方向是关键;
2. 理解导通逻辑:N-MOS拉高导通,P-MOS拉低导通;
3. 驱动设计要考虑控制信号与电源电压匹配,必要时引入前级驱动元件。
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