MOS管(場效應管)在移動智能硬件開發中應用匯總
MOS管/MOSFET/場效應管
MOS管,只要是電子相關專業的,只要是硬件工程師,都會學過:書上說,MOS管的主要作用是放大。不過實際在智能硬件產品開發和物聯網產品開發中,幾乎沒有用到放大用的MOS管,絕大部分是用來做開關的。
偶爾有些放大作用的MOS管,也是集成在芯片裏面的。可以毫不誇張的講,只要不是做IC設計的,幾乎用不到MOS管的放大功能。自己搭出來的MOS放大電路,性能不可能有專業芯片公司做的好的。31.png
本文主要講MOS管在常用的數字電路板上的用法。至於MOS管G、S、D三個端口、N-MOS、P-MOS這樣的基礎知識,我們就不贅述了,需要的讀者請自行翻書查資料吧。
用作開關的時候,不管是N-MOS還是P-MOS,記住一句話即可:VGS有電壓差,MOS管就導通。VGS沒有電壓差,MOS管就關閉。
MOS管常見的主要用途有以下幾種
負極開關(N-MOS):設備控制
LED.png LED燈控制電路
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馬達控制電路
N-MOS廣泛應用於設備通斷的控制。例如上圖的LED燈控制和電動馬達的控制。GPIO口拉高,MOS管就導通,LED燈亮、馬達轉動。GPIO拉低,MOS管就關閉,LED燈滅,馬達就停止轉動。
在普通的低電壓數字電路上,這種控制方式對MOS管本身沒有什麼特定高要求,隨便抓一個N-MOS也可以用。NPN的三極管也可以用。
正極開關(P-MOS):電源控制
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P-MOS通常用作電源的開關,控制設備的電源打開或者關閉。
如上圖,默認狀態下LCD_PWR_EN是被拉低的,T2001關斷,P-MOS的控制端(U2003的pin1,G極)是高電平,VGS=0,此時P-MOS關斷,電壓沒有輸出到右邊。
如果GPIO被拉高,T2001導通,MOS管G極被拉低,VGS=VBAT,超過了打開電壓,此時P-MOS被打開,電壓有輸出到右側。
升壓開關(N-MOS):
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升壓芯片內部其實就是個N-MOS,跟N-MOS的開關性質是一樣的。
PWM波控制升壓芯片N-MOS的通斷。PWM爲高的時候,MOS打開,電感蓄流,PWM爲低的時候,MOS關閉,帶你幹向二極管和Vout端釋放電流。
信號反向(N-MOS)
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N-MOS經常用於把控制信號反向。
如上圖,GPIO220控制USBHUB的Reset。Reset腳是低有效,而GPIO一般設計成默認是低電平,拉高有效。因此通過一個MOS管來把控制信號反向。
GPIO拉低,MOS不通,RESET腳被上拉到3.3V。GPIO拉高,MOS導通,RESET腳被接到地上,RESET就生效了。
充電控制(P-MOS)
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充電P-MOS芯片
充電電路是智能硬件系統中,少量的MOS管工作在放大區的電路之一。通過控制GDRV腳(P-MOS Gate腳)的電壓,控制充電電流的大小。例如在恆流充電的時候,把電流控制在1A,在恆壓充電的時候,隨着電池電壓上升逐漸減小充電電流。(不過這個應用場景,一般不需要硬件工程師自己去計算,控制邏輯都是在主芯片中設計好了的)
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VGS vs ID
VGS和MOS通過的電流的關係圖。充電IC通過控制VGS來控制充電電流
MOS管使用注意事項:
VGS、VDS超過額定電壓會擊穿。
電流/功率過大會燒掉。
用於大電流控制的時候需要注意這兩點。其他時候不需要考慮。
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某N-MOS的參數