在电路设计领域,MOS 管是一种极为常见且关键的电子元件。按照驱动方式进行分类,MOS 管主要分为 N - MOS 管和 P - MOS 管两种类型。虽然 MOS 管的驱动方式与三极管有一定的相似之处,但又存在明显的差异。接下来,我们将深入探讨 N - MOS 管和 P - MOS 管的工作原理,并结合实际应用,详细介绍如何驱动这两种 MOS 管。
首先,让我们来了解一下 N - MOS 管和 P - MOS 管在电路中的电气符号。从外观上看,这两个电气符号极为相似,很容易让人混淆。那么,当我们在电路中看到这些符号时,如何准确判断是 N - MOS 管还是 P - MOS 管呢?在进行判断之前,我们需要先学会识别 MOS 管符号上的三个引脚,即 G(基)极、S(源)极和 D(漏)极。

G(基)极相对容易区分。而 S(源)极和 D(漏)极的区分则相对困难一些。我们只需记住一个简单的规则:无论是 N - MOS 管还是 P - MOS 管,两根线相交的引脚就是 S(源)极,剩下单独引线的那个引脚就是 D(漏)极。
接下来,我们要学会区分 N - MOS 管和 P - MOS 管。判断的关键在于观察箭头的方向,我们只需记住:箭头指向 G 极的是 N - MOS 管,箭头背向 G 极的是 P - MOS 管。

在了解 MOS 管的相关知识时,我们还会接触到一个重要的概念 ——“寄生二极管”。在 MOS 管的制造过程中,会自动形成一个 PN 结,也就是我们所说的寄生二极管。那么,如何判断这个寄生二极管的方向呢?我们可以记住以下两句话:对于 N - MOS 管,寄生二极管的方向是由 S 极指向 D 极;对于 P - MOS 管,寄生二极管的方向是由 D 极指向 S 极。

另外,还有一种更简单的记忆方法:想象 DS 边的三节断续线是联通的,不论是 N - MOS 管还是 P - MOS 管,中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭头方向总是一致的,即要么都由 S 指向 D,要么都由 D 指向 S。

上述这些关于 MOS 管的基础知识,大多来源于教材。对于认真学习过 MOS 管相关知识的人来说,对 MOS 管的认识可能会更加深刻。在实际电路中,MOS 管常常被用作开关。那么,我们该如何控制 MOS 管的导通和关断呢?
对于 N - MOS 管而言,其导通条件是:当 G 极与 S 极之间的电压差超过阈值时,D 极和 S 极导通。在实际应用中,通常将控制信号连接到 G 极,S 极直接接地(GND),以此来控制 N - MOS 管的开和关。当 D 极和 S 极导通后,导通电阻 Rds 非常小,一般在几十毫欧级别,因此电流导通后形成的压降也很小。下面是一个实际应用,用于控制一个小风扇的开关。

在这个电路中,控制端 G 极连接的是一个 3.3V 单片机的 IO 口。当单片机 IO 口输出高电平时,MOS 管的 G 极电压高于 S 极将近 3.3V,此时 N - MOS 管 AO3400A 的 D 极和 S 极导通;当单片机 IO 口输出低电平时,MOS 管的 G 极电压几乎为 0V(GND 电压),此时 N - MOS 管 AO3400A 的 D 极和 S 极断开。
在实际应用中,对于电压较高的电路,尤其是高于人体安全电压 36V 的电路,通常会使用 MOS 管来控制负载的正极,而不是负极,这样做可能会更加安全。这与我们日常家用电器中,大部分通过控制火线的通断来实现对负载的控制道理是相似的。控制电源的正极通断,一般会使用 P - MOS 管。那么,P - MOS 管该如何驱动呢?
实际上,P - MOS 管的驱动原理与 N - MOS 管有一定的相似之处。P - MOS 管的导通条件是:当 G 极与 S 极之间的电压差低于阈值时,S 极和 D 极导通。虽然两者的驱动原理相似,但驱动电路存在一定的差异。同样以单片机 IO 口控制为例,当 P - MOS 管的 S 极与 D 极电压差异过大时,就不能直接用单片机 IO 口来控制。例如,当 P - MOS 管的 S 极接的是 12V 电压时:
当单片机 IO 口输出高电平时,P - MOS 管的 G 极电压和 S 极之间的电压将近 - 9.7V;
当单片机 IO 口输出低电平时,P - MOS 管的 G 极电压和 S 极之间的电压将近 - 12V。
在这种情况下,对于大部分 P - MOS 管来说,都会处于导通状态,无法实现关断功能。当然,如果 S 极接的是 3.3V 电压,则不会出现这种问题。为了适应更多的应用场合,我们需要对驱动电路进行改进。
这个电路是用于控制制冷片制冷的电路,使用了一个 N - MOS 管和一个 P - MOS 管。当然,电路中的 N - MOS 管也可以用三极管来替代,甚至 P - MOS 管 WSF70P03 的 G 极也可以通过电阻分压的方式来实现驱动。为了保证通用性,这里选择 N - MOS 管或者三极管作为前级驱动更为合适。该电路的工作原理如下:当 N - MOS 管 AO3400A 导通后,会使 P - MOS 管 WSP70P03 的 G 极电压接近 GND 电压,从而使它的 S 极和 G 极的电压差增大为接近 12V,进而使 WSP70P03 的 S 极和 D 极导通;同理,当 AO3400A 关断后,P - MOS 管 WSP70P03 的 G 极电压在上拉电阻的作用下上拉至 12V,使其 S 极和 G 极的电压差几乎为 0V,从而使 WSP70P03 的 S 极和 D 极关断。