MOS管电流方向能反吗?体二极管能过多大电流?

工程师看海 2022-08-23 07:16
▼关注公众号:工程师看海▼

今天来说 两个问题:

1、MOS管导通电流能否反着流?D到S,S到D方向随意?

2、MOS管体二极管能过多大的电流?

为啥会有这两个问题?

我们在最开始学习MOS管的时候,应该都是从NMOS开始的,电流的方向都是从D到S的。

而实际应用电路,NMOS会有电流从S到D的情况,比如下面这个NMOS管防电源反接电路(仅仅是个示意图,实际电路需要多考虑一些因素)。

原理我还是先大致说下。

1、在电源正常接入的时候

电源正极VCC经过后级负载电路接到体二极管,那么体二极管就会导通,于是此时S极的电压就约为0.7V左右(体二极管导通电压)。

同时栅极G极接的是VCC,所以Vgs=Vcc-0.7V>Vgsth,NMOS管会导通。NMOS管导通之后,导通压降基本为0,那么Vgs=Vcc,MOS管维持导通状态。

这样整体电源通路就是通的,电源给后级负载供上了电,后级电路正常工作

这里有一点需要特别注意,就是此时MOS管的电流是S到D的,与往常我们经常见的D到S是反的

2、在电源接反的时候(电源和地接反了)

栅极G接电源负极,也就是0V,S极经过负载接到了电源负极,也就是0V,所以Vgs=0V,MOS管也不导通。

与此同时, D极为Vcc,S极为0V,体二极管反向偏置,也不导通,所以无法通过NMOS管流过电流。

对于负载来说,就是电源断开了

接反的电源不会怼到后面的负载上面,所以后级电路就不会烧了,我们只要把前面的电源正负极接对,那么后级电路又能正常工作了,如此,便实现了防反接的功能。

需要说一点,这里的防反接并不是说电源接反了,后级电路也还能工作。而是电源接反了,后级电路不会冒烟烧坏了。

我以前乍一看到这个电路的时候,其实是心里打鼓的

这个MOS管导通时,电流能反着流?D到S,S到D无所谓吗?


除了这个电流的方向问题,还有就是MOS管的体二极管问题,这个二极管能过多大的电流?

如果不了解,会认为这个二极管能流过的电流非常小,因为它还有一个名称叫“寄生二极管”,很容易被它骗。

寄生二字,会很容易让人联想到寄生电感,寄生电容,而这两个东西一般都是很小的,所以很容易误认为这个寄生二极管也很弱,过不了比较大的电流。

问题解答

这两个问题,其实用一个电路就能解答了,就是下面这个BUCK电路。

应该都知道上面这是个buck电路吧,下管是NMOS管,在上管断开,下管导通的时候,电感的电流来源于下管。

也就是说,下管NMOS的电流方向是从S到D的,也就是反着流,并且这个电流可以是很大的,因为电感的电流是可以比较大的,跟负载有关。

除此之外,我们也知道,BUCK在开关切换的时候,会存在死区时间(上管和下管都不导通的时候)。而电感的电流是不能断的,死区时间电感的电流就是走的下管的体二极管。

又因为电感的电流取决于负载电流,是可以到几安培的,所以说下管的体二极管的电流也是可以很大的。

那MOS管的体二极管电流最大能到多少呢?选型的时候需要考虑吗?

很多MOS管是不标注这个参数的,但是也有一些厂家标注了,比如这个NMOS管SI9804

从上面手册看到,可以通过的持续电流2.1A

这个是怎么来的呢?

这个我觉得可能是根据功耗限制来的

如果通过的电流时间很短,那么可以通过更大一点的电流,如果时间比较长,那么流过的电流就不能太大。

从上图可以看到,环境温度25℃的最大功耗是2.5W。这么看的话,前面说的持续电流是2.1A,应该也是根据功耗限制来的。

根据常规硅二极管,通过2.1A电流时,导通压降大概是1V左右,那么功耗就是P=2.1A*1V=2.1W,跟2.5W也差不太多。

当然,以上只是我的猜测而已,并没有找到什么比较官方的说法。

一个更详细的手册

写到这里,我又找到一个更为详细的MOS管手册,英飞凌的NMOS管BSC059N04LS6,里面有详细介绍体二极管的过流能力,包括持续和瞬间的电流。

这个手册让我确信了上面的猜测

下面是BSC059N04LS6手册里面的体二极管的参数

从上表直接可以看到,体二极管的持续电流是可以到38A脉冲电流是可以到236A的,同时,也可以看到,二极管最大导通电压是1V

可能会有些诧异,这个二极管持续电流能到38A这么大?

实际应用自然是到不了,我们需要注意上面是有个条件,那就是Tc=25℃的,c是case,也就是外壳保持25℃情况下的。

我们实际应用中,如果不加特别的散热措施,肯定是没法保证这个MOS外壳是这个温度,自然也就不能持续通过38A的电流。

不过这也无关紧要,我们仅仅是看这个参数的意义,想知道它是怎么来的。

我们再看看手册里面的功耗限制

可以看到,在Tc=25℃时,功耗限制是38W,前面知道导通电压是1V,电流限制是38A,正好功耗限制等于电压乘以电流,这也太巧了。

所以,体二极管能通过的电流就是根据功耗限制来的没跑了。

同时,我们看到,在Ta=25℃,功耗限制是3W,这个Ta就是环境温度了,这个与实际使用情况应该是更为接近的(不使用特别散热措施)。

如果用这个值计算,那么体二极管能持续通过的电流也就是3W/1V=3A左右,当然,这个是我的推测,手册里面没写。

到这里,至少我们应该知道了,体二极管还是能过比较大的电流的

当然,还有一个问题,上面说的是持续的电流,必然还有瞬间电流的问题,瞬间电流能过多大呢?

这个问题反而更为重要一点,因为正常使用中,我们不会给MOS管的体二极管通过持续时间比较长的电流。如果有这个需要,我们直接让MOS管导通不就好了吗,功耗还能更低。


前面举例的BUCK中,体二极管也只是在死区时间才会有电流通过,这个时间是相当短暂的。

所以这个瞬间能过多大的电流反而更值得看一看

我们还是看BSC059N04LS6的手册,因为它都直接标出来了。

这个管子导通电流可以到59A,在10us时间内能通过的电流是236A,而体二极管也是236A,二者是相同的,而且都很大,也就是说体二极管的瞬间电流根本就不会成为使用的瓶颈。

也许这就是为什么我们很少去关注MOS管的体二极管的电流,只看MOS管导通电流够不够大。

以上内容小结一下

1、MOS导通后电流方向其实可以双向流动,可以从d到s,也可以从s到d。

2、MOS管体二极管的持续电流可以根据MOS管的功耗限制来计算,

3、MOS管体二极管瞬间可以通过的电流,等于NMOS管导通后瞬间可以通过的电流,一般不会是瓶颈

本来写到这里,文章也已经可以结束了,不过我还是想着能不能从MOS管的原理上看出上面的内容

以下是我的一些理解,供参考。

NMOS管的结构

我们看一下NMOS管的结构。

以NMOS为例,如上图,S和D都是掺杂浓度比较高的N型半导体,衬底为P型半导体,并且衬底和S极是接到一起的。

在Vgs电压大于门限电压Vth时,也就是栅极相对衬底带正电,它会将P型衬底中的少子(电子)吸引到P型衬底上面,形成反型层,也就是导电沟道。

这时,我们会看到,S和D本身是N型半导体,有很多自由电子,S和D之间也有很多电子,也可以导电。

也就是说,S和D之间,是连通的,到处都有自由电子,可以移动。

因此,我们给S和D之间加上电压,就会形成电流,而且是不管电压的方向如何,只要有电压,就能形成电流,二者没有什么差别。

也就说,电流可以双向流动,可以从D到S,也可以从S到D

我们接着看体二极管的过流能力

P和N型半导体放到一起,总会形成PN结,也就是二极管。S和D之间体二极管实际是漏极D与衬底形成的,因为S和衬底是接到一起的,那么也就是D和S之间有个体二极管了。

MOS管导通,原理就是因为栅极吸引了P型衬底里面的少子(电子),形成了导电沟道,这个沟道想想也应该比较窄,但是它已经能够支撑起Id的电流了(MOS管导通时电流,每个NMOS都有这个参数)。

那么作为体积大,面积也大的衬底,它与漏极形成的PN结,自然流过的电流达到Id没啥问题(不考虑温度的话)。

不过因为形成的沟道阻值很低,不怎么发热,而PN结总有个导通压降,流过电流会发热,这是个大劣势,所以体二极管受制于这个发热的问题。

所以最终的结果就是,我们会看到体二极管流过的持续电流受制于MOS管的功耗

以上关于原理的说法,看着是自洽的,纯属个人看法,如有问题,欢迎在留言区指正。

如果看到这里,请点赞、收藏、分享三连!

限时免费扫码进群,交流更多行业技术

推荐阅读

电池、电源

硬件文章精选

华为海思软硬件开发资料

工程师看海 专注硬件设计、PCB走线、模拟信号处理,微信公众号:工程师看海
评论 (0)
  • 浪潮之上:智能时代的觉醒    近日参加了一场课题的答辩,这是医疗人工智能揭榜挂帅的国家项目的地区考场,参与者众多,围绕着医疗健康的主题,八仙过海各显神通,百花齐放。   中国大地正在发生着激动人心的场景:深圳前海深港人工智能算力中心高速运转的液冷服务器,武汉马路上自动驾驶出租车穿行的智慧道路,机器人参与北京的马拉松竞赛。从中央到地方,人工智能相关政策和消息如雨后春笋般不断出台,数字中国的建设图景正在智能浪潮中徐徐展开,战略布局如同围棋
    广州铁金刚 2025-04-30 15:24 93浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍越来越多的企业开始蚕食动力电池市场,行业“去宁王化”态势逐渐明显。随着这种趋势的加强,打开新的市场对于宁德时代而言至关重要。“我们不希望被定义为电池的制造者,而是希望把自己称作新能源产业的开拓者。”4月21日,在宁德时代举行的“超级科技日”发布会上,宁德时代掌门人曾毓群如是说。随着宁德时代核心新品骁遥双核电池的发布,其搭载的“电电增程”技术也走进业界视野。除此之外,经过近3年试水,宁德时代在换电业务上重资加码。曾毓群认为换电是一个重资产、高投入、长周期的产业,涉及的利
    华尔街科技眼 2025-04-28 21:55 87浏览
  • 一、智能家居的痛点与创新机遇随着城市化进程加速,现代家庭正面临两大核心挑战:情感陪伴缺失:超60%的双职工家庭存在“亲子陪伴真空期”,儿童独自居家场景增加;操作复杂度攀升:智能设备功能迭代导致用户学习成本陡增,超40%用户因操作困难放弃高阶功能。而WTR096-16S录音语音芯片方案,通过“语音交互+智能录音”双核驱动,不仅解决设备易用性问题,更构建起家庭成员间的全天候情感纽带。二、WTR096-16S方案的核心技术突破1. 高保真语音交互系统动态情绪语音库:支持8种语气模板(温柔提醒/紧急告警
    广州唯创电子 2025-04-28 09:24 179浏览
  • 贞光科技代理品牌紫光国芯的车规级LPDDR4内存正成为智能驾驶舱的核心选择。在汽车电子国产化浪潮中,其产品以宽温域稳定工作能力、优异电磁兼容性和超长使用寿命赢得市场认可。紫光国芯不仅确保供应链安全可控,还提供专业本地技术支持。面向未来,紫光国芯正研发LPDDR5车规级产品,将以更高带宽、更低功耗支持汽车智能化发展。随着智能网联汽车的迅猛发展,智能驾驶舱作为人机交互的核心载体,对处理器和存储器的性能与可靠性提出了更高要求。在汽车电子国产化浪潮中,贞光科技代理品牌紫光国芯的车规级LPDDR4内存凭借
    贞光科技 2025-04-28 16:52 172浏览
  • 网约车,真的“饱和”了?近日,网约车市场的 “饱和” 话题再度引发热议。多地陆续发布网约车风险预警,提醒从业者谨慎入局,这背后究竟隐藏着怎样的市场现状呢?从数据来看,网约车市场的“过剩”现象已愈发明显。以东莞为例,截至2024年12月底,全市网约车数量超过5.77万辆,考取网约车驾驶员证的人数更是超过13.48万人。随着司机数量的不断攀升,订单量却未能同步增长,导致单车日均接单量和营收双双下降。2024年下半年,东莞网约出租车单车日均订单量约10.5单,而单车日均营收也不容乐
    用户1742991715177 2025-04-29 18:28 146浏览
  •  探针台的维护直接影响其测试精度与使用寿命,需结合日常清洁、环境控制、定期校准等多维度操作,具体方法如下:一、日常清洁与保养1.‌表面清洁‌l 使用无尘布或软布擦拭探针台表面,避免残留清洁剂或硬物划伤精密部件。l 探针头清洁需用非腐蚀性溶剂(如异丙醇)擦拭,检查是否弯曲或损坏。2.‌光部件维护‌l 镜头、观察窗等光学部件用镜头纸蘸取wu水jiu精从中心向外轻擦,操作时远离火源并保持通风。3.‌内部防尘‌l 使用后及时吹扫灰尘,防止污染物进入机械滑
    锦正茂科技 2025-04-28 11:45 96浏览
  • 你是不是也有在公共场合被偷看手机或笔电的经验呢?科技时代下,不少现代人的各式机密数据都在手机、平板或是笔电等可携式的3C产品上处理,若是经常性地需要在公共场合使用,不管是工作上的机密文件,或是重要的个人信息等,民众都有防窃防盗意识,为了避免他人窥探内容,都会选择使用「防窥保护贴片」,以防止数据外泄。现今市面上「防窥保护贴」、「防窥片」、「屏幕防窥膜」等产品就是这种目的下产物 (以下简称防窥片)!防窥片功能与常见问题解析首先,防窥片最主要的功能就是用来防止他人窥视屏幕上的隐私信息,它是利用百叶窗的
    百佳泰测试实验室 2025-04-30 13:28 99浏览
  • 在智能硬件设备趋向微型化的背景下,语音芯片方案厂商针对小体积设备开发了多款超小型语音芯片方案,其中WTV系列和WT2003H系列凭借其QFN封装设计、高性能与高集成度,成为微型设备语音方案的理想选择。以下从封装特性、功能优势及典型应用场景三个方面进行详细介绍。一、超小体积封装:QFN技术的核心优势WTV系列与WT2003H系列均提供QFN封装(如QFN32,尺寸为4×4mm),这种封装形式具有以下特点:体积紧凑:QFN封装通过减少引脚间距和优化内部结构,显著缩小芯片体积,适用于智能门铃、穿戴设备
    广州唯创电子 2025-04-30 09:02 124浏览
  • 随着电子元器件的快速发展,导致各种常见的贴片电阻元器件也越来越小,给我们分辨也就变得越来越难,下面就由smt贴片加工厂_安徽英特丽就来告诉大家如何分辨的SMT贴片元器件。先来看看贴片电感和贴片电容的区分:(1)看颜色(黑色)——一般黑色都是贴片电感。贴片电容只有勇于精密设备中的贴片钽电容才是黑色的,其他普通贴片电容基本都不是黑色的。(2)看型号标码——贴片电感以L开头,贴片电容以C开头。从外形是圆形初步判断应为电感,测量两端电阻为零点几欧,则为电感。(3)检测——贴片电感一般阻值小,更没有“充放
    贴片加工小安 2025-04-29 14:59 129浏览
  • 一、gao效冷却与控温机制‌1、‌冷媒流动设计‌采用低压液氮(或液氦)通过毛细管路导入蒸发器,蒸汽喷射至样品腔实现快速冷却,冷却效率高(室温至80K约20分钟,至4.2K约30分钟)。通过控温仪动态调节蒸发器加热功率,结合温度传感器(如PT100铂电阻或Cernox磁场不敏感传感器),实现±0.01K的高精度温度稳定性。2、‌宽温区覆盖与扩展性‌标准温区为80K-325K,通过降压选件可将下限延伸至65K(液氮模式)或4K(液氦模式)。可选配475K高温模块,满足材料在ji端温度下的性能测试需求
    锦正茂科技 2025-04-30 13:08 99浏览
  • 4月22日下午,备受瞩目的飞凌嵌入式「2025嵌入式及边缘AI技术论坛」在深圳深铁皇冠假日酒店盛大举行,此次活动邀请到了200余位嵌入式技术领域的技术专家、企业代表和工程师用户,共享嵌入式及边缘AI技术的盛宴!1、精彩纷呈的展区产品及方案展区是本场活动的第一场重头戏,从硬件产品到软件系统,从企业级应用到高校教学应用,都吸引了现场来宾的驻足观看和交流讨论。全产品矩阵展区展示了飞凌嵌入式丰富的产品线,从嵌入式板卡到工控机,从进口芯片平台到全国产平台,无不体现出飞凌嵌入式在嵌入式主控设备研发设计方面的
    飞凌嵌入式 2025-04-28 14:43 125浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍2023年,厨电行业在相对平稳的市场环境中迎来温和复苏,看似为行业增长积蓄势能。带着对市场向好的预期,2024 年初,老板电器副董事长兼总经理任富佳为企业定下双位数增长目标。然而现实与预期相悖,过去一年,这家老牌厨电企业不仅未能达成业绩目标,曾提出的“三年再造一个老板电器”愿景,也因市场下行压力面临落空风险。作为“企二代”管理者,任富佳在掌舵企业穿越市场周期的过程中,正面临着前所未有的挑战。4月29日,老板电器(002508.SZ)发布了2024年年度报告及2025
    华尔街科技眼 2025-04-30 12:40 105浏览
  • 在CAN总线分析软件领域,当CANoe不再是唯一选择时,虹科PCAN-Explorer 6软件成为了一个有竞争力的解决方案。在现代工业控制和汽车领域,CAN总线分析软件的重要性不言而喻。随着技术的进步和市场需求的多样化,单一的解决方案已无法满足所有用户的需求。正是在这样的背景下,虹科PCAN-Explorer 6软件以其独特的模块化设计和灵活的功能扩展,为CAN总线分析领域带来了新的选择和可能性。本文将深入探讨虹科PCAN-Explorer 6软件如何以其创新的模块化插件策略,提供定制化的功能选
    虹科汽车智能互联 2025-04-28 16:00 141浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦