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實戰講解:為什么MOS管要并聯個二極管?

工程師看海 ? 來源:工程師看海 ? 作者:工程師看海 ? 2024-03-06 08:37 ? 次閱讀

▼關注公眾號:工程師看海▼

原文來自原創書籍《硬件設計指南 從器件認知到手機基帶設計》:

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根據導電溝道的不同,MOS可以細分為NMOS和PMOS兩種。圖1-49 是NMOS的示意圖,從圖中紅色框內可以看到,MOS在D、S極之間并聯了一個二極管,有人說這個二極管是寄生二極管,有人說是體二極管,很多同學非常好奇:為什么要并聯這個二極管?是否可以刪除?有什么用呢?

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圖1-49 MOS與寄生二極管/體二極管

這要從MOS的工藝和結構說起,不管是MOS還是二極管,都是由半導體材料構成,我們都知道二極管是由一對PN結組成,見圖1-50 ,P型區對應二極管的陽極,N型區對應二極管的陰極,中間是PN結。

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圖1-50 二級管和PN結

我們回過頭看下MOS結構,從圖1-51 (1)可以看出,MOS中的氧化物O指的是二氧化硅SiO2,SiO2不導電,所以G極基本不走電流,MOS是電壓驅動器件,因此MOS功耗比較低。從圖1-51 (1)還可以看出,MOS除了D、G、S三個極之外,還有一個中間極,中間極和S極有連接關系(虛線),因此(2)MOS的電路符號中,會將MOS內部指向溝道的箭頭和S極連接在一起(凡事有因有果,世界上沒有無緣無故的愛也沒有無緣無故的恨)。

從圖1-51 (3)中可以看到,從D極的N型區->中間P型區->S極,剛好構成了一個二極管結構(結合圖1-50 理解),這就是MOS符號中并聯了一個二極管的原因。

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圖1-51 MOS與PN結

從上面的分析可以知道,這個二極管是MOS結構和工藝使然的,說它是寄生二極管其實不太合適,體二極管(body-diode)的稱呼還是相對準確一些。那么這個體二極管,有什么用呢?在一些場景下,是不希望有這個二極管的存在,這會使得S極和D極之間有漏電的可能性。

有恨必有愛,在另一些場景下就是利用這個二極管導電的特性,讓系統正常工作。后面章節電池保護原理中就有介紹,有的電池保護板,在鋰電池過放后,會開啟保護功能:關閉放電MOS。當插上充電器后,就利用MOS體二極管,使得電路導通,系統正常工作,見圖1-52 ,以上就是MOS符號并聯二極管的原因以及使用介紹。

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圖1-52 MOS體二極管的續流作用

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審核編輯 黃宇

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