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新能源汽車(chē) BMS 學(xué)習筆記篇——N-MOS & P-MOS 的開(kāi)關(guān)原理及選型要點(diǎn)
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前言：
在之前的文章，小編有提到繼電器和 MOS 都可以用作 BMS（電池管理系統） 中控制電池充放電的開(kāi)關(guān)。相比繼電器，MOS 管在開(kāi)關(guān)應用中具有更快的速度、更小的體積、更低的功耗、更高的可靠性、更少的噪聲以及更長(cháng)的耐用性。MOS 管可以根據導通方式、結構、材料、電流方向和應用進(jìn)行分類(lèi)，包括增強型和耗盡型、平面型和垂直型、硅和寬禁帶材料、N 溝和 P 溝、以及功率和信號 MOSFET。本文主要圍繞 N-MOS & P-MOS 進(jìn)行介紹，讓讀者更清楚 MOS 管在做開(kāi)關(guān)時(shí)的控制原理及選型要點(diǎn)。
一、N-MOS & P-MOS 的導通截止原理：
G 極（柵極）、 S 極（源極）、 D極（漏極）
NMOS和PMOS晶體管的導通和截止原理主要依賴(lài)于它們的柵極電壓：
① N-MOS：柵極 G 電壓高于源極 S 電壓時(shí)（如 V(GS)=5V），N-MOS 管導通；而當柵極電壓低于源極電壓時(shí)，N-MOS 管截止。
② P-MOS，柵極電壓 G 低于源極 S 電壓時(shí)（如 V(GS)=-5V），P-MOS 管導通；而當柵極電壓高于源極電壓時(shí)，P-MOS 管截止。
二、N-MOS & P-MOS 做低邊開(kāi)關(guān) or 高邊開(kāi)關(guān)？
1、N-MOS 適合用作低邊開(kāi)關(guān)
① N-MOS 通常用于低邊開(kāi)關(guān)配置：N-MOS 源極 S 連接到地（或負電源），漏極 D 連接到負載的負端。當 N-MOS 導通時(shí)，它將負載的負端與地連接，從而使電流流過(guò)負載。
② N-MOS 也可以用于高邊開(kāi)關(guān)，但實(shí)現起來(lái)較復雜，因為需要使柵極 G 電壓高于源極 S 電壓，以便打開(kāi) MOS。
通常需要使用額外的電路（例如柵極驅動(dòng)電路或自舉電路）來(lái)產(chǎn)生足夠的柵極電壓。
2、P-MOS 適合用作高邊開(kāi)關(guān)
① P-MOS 通常用于高邊開(kāi)關(guān)配置：P-MOS 源極 S 連接到正電源，漏極 D 連接到負載的正端。當 P-MOS 導通時(shí)，它將負載的正端與正電源連接，從而允許電流流過(guò)負載。
② P-MOS 不常用于低邊開(kāi)關(guān)配置，因為在低邊配置中，它的柵極電壓需要低于源極電壓才能打開(kāi) MOSFET，這樣在實(shí)際操作中比較困難。
三、MOSFET 選型要點(diǎn)：
MOS 管是一種電壓驅動(dòng)型開(kāi)關(guān)功率器件，一般對 MOS 選型時(shí)主要關(guān)注其耐壓值、耐流值、耐溫值、開(kāi)關(guān)損耗等參數。下表出了典型 MOS 管 Datasheet 中一些需要關(guān)注的參數及其意義：
Symbol | Definition | Meaning |
I_D | 最大漏極電流 | 原則是控制器中流過(guò)的最大電流不能超過(guò) MOS 的漏電流極限值，否則會(huì )擊穿 MOS，且這一參數會(huì )隨溫度變化。 |
V_DSS | 最大漏源極電壓 | 與漏電流一樣，這個(gè)倍數并非完全遵循，實(shí)際設計中有很大彈性。原則是保證系統出現的最大電壓不會(huì )使 MOS 管擊穿。 |
V_(GS(th)) | 閾值柵極電壓 | 高于閾值柵極電壓，MOS 管將被開(kāi)通。閾值柵極電壓（開(kāi)通電壓）這一參數與驅動(dòng)芯片選型有很強的關(guān)聯(lián)性，選擇驅動(dòng)芯片是必須提供能使 MOS 管開(kāi)通的柵極電壓。這一參數在參數表上有最大值和最小值，可以理解為，達到最小值 MOS 管已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)通，達到最大值時(shí) MOS 管完全開(kāi)通。 |
R_DS | 導通電阻 | MOS 管導通時(shí)漏極和源極之間的電阻。 |
Q_g | 柵極電荷 | 主要涉及柵極驅動(dòng)電流計算。影響 MOSFET 導通和關(guān)斷過(guò)程的速度。較大的 Q_g 需要更多的源電流以實(shí)現快速開(kāi)關(guān)。 --MOSFET 驅動(dòng)電流計算的關(guān)鍵參數，決定了柵極充電和放電所需的電流 |
Q_rr | 反向恢復電荷 | 主要涉及關(guān)斷過(guò)程的二極管或 MOSFET 的恢復特性。影響開(kāi)關(guān)損耗和效率，特別是在高頻開(kāi)關(guān)應用中。 |
--影響關(guān)斷過(guò)程中的能量損耗和開(kāi)關(guān)效率
在 MOS 管的實(shí)際應用中， 需注意柵極驅動(dòng)電壓、散熱、開(kāi)關(guān)頻率、電流和電壓額定值、靜電放電保護以及驅動(dòng)電流，以確保其可靠性和性能。
以上給讀者總結了在參考芯片選型手冊時(shí)的相關(guān) Feature，具體的應用需綜合考慮，歡迎大家在評論區一起交流在做 MOS 管設計時(shí)都有遇到什么問(wèn)題。
下期博文再會(huì )~
