电路中,MOS管的开启电压取多少最为合适呢?
比如:
某Nmos VGS范围为正负20V
栅极阈值电压(VGSth)最小为0.8V,最大为1.5V
那么此时的Mos管栅极电压取多少最为合适?
在电路中,MOS管的开启电压(通常指的是阈值电压)决定了MOS管从截止状态到导通状态所需的栅源电压(VGS)的最小值。对于NMOS管,当VGS大于Vth时,管子开始导通。
考虑到NMOS管的VGS范围和VGSth范围,我们可以进行以下分析:
VGS范围:正负20V。这意味着该NMOS管可以承受从-20V到+20V的栅源电压。
VGSth范围:0.8V(min)到1.5V(max)。这意味着为了使NMOS管从截止状态变为导通状态,栅源电压VGS至少需要达到2V,但也可能在1.5V时才开始明显导通。
为了选择合适的栅极电压,我们需要考虑以下几点:
功耗:如果VGS设置得太高,虽然可以确保MOS管完全导通,但可能会增加功耗。
稳定性:为了确保MOS管在各种条件下都能稳定工作,VGS应设置在VGSth的上方。
噪声裕量:考虑到电路中的噪声和波动,VGS应有一定的裕量,以确保在噪声干扰下仍能正常工作。
基于上述考虑,一个常见的做法是将VGS设置为VGSth的最大值加上一定的裕量。在这个例子中,VGSth的最大值是1.5V,我们可以在此基础上增加一个裕量,接下来我们讨论下这个裕量如何确认
首先看下VGS跟IDS的对应关系曲线图:
在不同的Vgs电压下Ids电流时不同的,在Vds=1V的前提下
当Vgs=2.5V时,Ids=0.2A;
当Vgs=10V时,Ids=0.9A;
而持续Id=500mA,从曲线关系图得出,当Vgs大于3V时最为合适,而4V到10V之间Ids变化趋势不大;
接下来我们看下导通电阻Rds_on与Ids在不同Vgs电压下的对应关系:
当Ids=0.1A,在Vgs=2.5V、4.5V和10V下的Rds_on分别是2.7欧姆、1.2欧姆和1欧姆。
由此推出当Vgs=2.5V时,Rds_on过高,而Vgs=2.5V和10V时,Rds_on_on差别不大,此时VGS最佳开启电压在4.5V到10V。
由上分析知:Vgs=10V时,Rds_on最小,Ids最大,如果要求过电流要大此时比较合适;
然而还需要考虑一点是导通损耗,即P = Ids^2 * Rds_on。
所以当过电流不需要很大时,选择Vgs=4.5V对整体性能更加兼容。
在实际应用中,栅极电压的选择还需要根据具体的电路设计、工作条件、功耗要求等因素进行综合考虑。有时,为了优化性能或满足特定需求,可能会选择稍高或稍低的VGS值。因此,在实际设计中,建议参考MOS管的数据手册和电路设计指南,结合具体的应用场景进行选择。
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