引言

MOS管的基本结构

右边是MOS管的内部结构，是四个脚，左边是MOS管的封装脚位为三个脚。

不同的MOS管的结构不一样，对应着不同的引脚，但都是D、G、S脚，只是多几个脚的话可以流过更大的电流，例如第三个图片。常见的封装有：

1、双列直插式封装(DIP)

2、晶体管外形封装(TO)例如TO-3P、TO-247、TO-92、TO-92L、TO-220、TO-220F、TO-251

3、小外形晶体管封装(SOT)

4、小外形封装(SOP)

SOP封装标准有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等，SOP后面的数字表示引脚数。

MOS管的基本工作特性：

MOS 管的控制模式：

                   电压型控制器件；区别于三极管:电流型控制器件

MOS管的导通条件：阈值电压（Vth）是开启沟道的最小栅源电压。NMOS的Vth为正，PMOS为负。NMOS需满足VGS > Vth，PMOS需满足VGS < Vth     区别于三极管:Ib导通（存在一个最小的导通压降）那么Ic才能有电流。

导通满足条件：

                   Nmos：Vg-Vs>Vth，DS之间导通   例如：Vgs = 5V ,Vth = 3V，则MOS导通

Pmos：Vg-Vs<Vth，DS之间导通    例如：Vgs = -5V ,Vth = -3V，则MOS导通

举例说明：

假设Nmos开始导通电压是在2V，饱和导通电压在 Vth = 4V

那么当在0<Vgs<2V之间 mos断开

2<Vgs<4V mos处于放大状态     (mos管相当于一个大电阻)

Vgs > Vth = 4V mos饱和导通      （MOS管相当于一个导线）

MOS管电流的方向：只要满足导通，电流的方向是无所谓的。三极管：电流的方向是单一的。

MOS管：存在寄生二极管。

MOS管的主要参数：

导通电阻Rdson：

 就是MOS管在完全导通时，从漏极（D）到源极（S）的电阻。这个一般用来计算MOS的发热。

1. Rdson的物理意义

• MOS管导通时，相当于一个电阻（不是理想开关，有损耗）。

• Rdson越小，导通时压降（V=IR）越小，发热（P=I²R）越少，效率越高。

• Rdson越大，MOS管越容易发热烧毁，尤其是在大电流场景。

举例：

• 一个MOS管的Rdson=10mΩ，流经10A电流，那么：

  • 压降 V = 10A × 0.01Ω = 0.1V（能量损耗小）

  • 发热 P = 10A² × 0.01Ω = 1W（温升可控）

• 如果Rdson=100mΩ，同样10A电流：

  • 压降 1V（电压损失大，可能影响电路工作）

  • 发热 10W（不加散热片直接冒烟）

功耗和发热：

对于不同的应用场景损耗不同，对于电机的H桥的MOS管的损耗要包含不断开关的发热损耗，对于充电管理芯片损耗和发热主要是大电压和大电流。

耐压值（VDS(max)​）：

作为开关时候需要考虑到耐压问题。

耐压值（VGS(max)​）：

设计电路要考虑Vgs的耐压值，根据输入MOS管的电压

最大漏极电流（ID​）：

这个参数有时候会有影响，比如当mos管关断的时候，但是也会有小部分的电流流过，这样就会造成有电压，虽然这个电流可能没有带载能力，如下的Pmos管，当MCU控制PMOS管关断时，ALARM_OUT 部分有12V左右的输出，主要是因为12V电压的输入，由于MOS管漏电流的存在，这个漏电流会造成有电压存在，但是基本没有电流，所以电压没有驱动能力。

电机应用场景：主要是考虑耐压、功耗和发热、开关速度、导通电阻（RDS(on)​）、栅极阈值电压（VGS(th)​、封装。

mos温度评估 T = T室温+T发热。

T发热=P损耗×RtfA热阻     （下面是P损耗的计算方式，热阻是手册上的）

导通损耗：P=I²R，电流用堵转最大电流，R：mos导通电阻查手册。开关损耗：导通损耗乘1.5或者2倍。两者相加为MOS工作的总损耗。T发热=P损耗×RtfA热阻，一般TO252封装热阻在50°左右，mos最大工作温度大于堵转时温度。

开关速度：mos的开关速度远远大于PWN的控制速度，如果PWM的周期时间30us，高电平的时间最小占空比是10％，高电平时间3us，mos的开关速度最大小于等于高电平时间，一般来说要小于PWM高电平时间1/10以下，也就是300ns以下，一般mos都能满足。

锂电池充电的MOS管应用场景：作为开关主要是考虑耐压、漏极电流（ID​）、栅极阈值电压（VGS(th)​）、不需要考虑导通电阻这些。

上面的MOS管主要是作为锂电池充电的开关使用。

上面的MOS主要是通过CN3801芯片控制MOS管的电流，所以也是作为开关使用。

上面的MOS管也是开关的作用，100K的电阻主要是防止MOS管误导通。

MOS管的应用领域：

1、低功耗芯片一般都是选用MOS管作为芯片的内部结构，因为MOS管电压够就行，不消耗电流。

2、作为开关一般选用三极管作为，因为MOS管相对比较贵一点。

3、MOS管作为防反接电路。

MOS管设计考虑的两大问题

1. 寄生电容（Ciss, Coss, Crss）——开关速度的杀手

为了消除寄生电容的影响，快速释放掉这个电压，就需要加一个下拉电阻，一般来说这个电阻会取得很大，因为寄生电容很小，是pf级别的，τ=RC，电容本身就很小，电阻取得大一点，τ值依旧很小（解决mos寄生电容的电阻加在gs之间）

 2. 寄生二极管（Body Diode）——隐藏的坑

（1）对开关电路的影响

• 在H桥、Buck/Boost电路中，MOS管关断时，电流会走Body Diode续流。

• 问题：二极管压降大（0.7~1.5V），导致额外损耗，发热严重。

（1）对开关电路的影响

• 信号失真：

  • 如果MOS管进入反向导通（比如AB类功放），Body Diode会导致交越失真。

• 漏电流：

  • 高温下Body Diode可能轻微导通，导致电路工作异常。

MOS管常见电路设计及注意事项

NMOS和PMOS作为开关

如果MOS管用作开关时，（不论N沟道还是P沟道），一定是寄生二极管的负极接输入边，正极接输出端或接地。否则就无法实现开关功能了。因为电压需要先从二极管下去形成压差。

1.NMOS用法

因为N沟道要求UG>US时导通。所以接负载时S极直接接地（为固定值），此时G极为低电平时，为高电平时导通。

2.PMOS用法

因为P沟道要求UG<US时导通。所以接负载时S极直接VCC（为固定值），此时G极为低电平时导通，为高电平（VCC）时截至。

由上图可知道电压是先通过二极管到达管脚2，管脚2在通过分压得到管脚1的电压，所以导通，这就是电压控制型器件。

MOS管设计开关电路：

MOS管的开关速度：

影响速度的原因就是：MOS的寄生电容，让MOS管导通本质是给寄生电容充电，电容充电是缓慢上升的过程。

寄生电感产生LC谐振对MOS管

MOS驱动过程中会有寄生电感造成LC谐振影响MOS管的波形。备注:电感和电容在一起就会产生谐振。

 解决LC谐振问题方法：

解决寄生电感的LC谐振方法：添加电阻，因为电阻可以影响到电容的充电。不能取值太大也不能取值太小，取值太大影响开关的速度，取值太小不能解决谐振的问题。