目录1）防止栅极 di/dt过高：2）防止栅源极间过电压:3）防护漏源极之间过电压 :4）电流采样保护电路 功率MOS管自身拥有众多优点，但是MOS管具有较脆弱的承受短时过载能力，特别是在高频的应用场合，所以在应用功率MOS管对必须为其设计合理的保护电路来提高器件的可靠性。 功率MOS管保护电路主要有以下几个方面： 1）防止栅极 di/dt过高： 由于采用驱动芯片，其输出阻抗较低，直接驱动功率管会引起驱动的功率管快速的开通和关断，有可能造成功率管漏源极间的电压震荡，或者有可能造成功率管遭受过高的di/dt而引起误导通。为避免上述现象的发生，通常在MOS驱动器的输出与MOS管的栅极之间串联一个电阻(R509)，电阻的大小一般选取几十欧姆。该电阻可以减缓Rds从无穷大到Rds(on)(一般0.1欧姆或者更低)。若不加R509电阻，高压情况下便会因为mos管开关速率过快而导致周围元器件被击穿。但R509电阻过大则会导致MOS管的开关速率变慢，Rds从无穷大到Rds（on）的需要经过一段时间，高压下Rds会消耗大量的功率，而导致mos管发热异常。该电阻上并联的二极管(D507)是在脉冲下降沿时起到对栅极放电的作用，使场效应管能快速截止，减少功耗。 2）防止栅源极间过电压: 由于栅极与源极的阻抗很高，漏极与源极间的电压突变会通过极间电容耦合到栅极而产生相当高的栅源尖峰电压，此电压会使很薄的栅源氧化层击穿，同时栅极很容易积累电荷也会使栅源氧化层击穿，所以要在MOS管栅极并联稳压管(图中D903)以限制栅极电压在稳压管稳压值以下，保护MOS管不被击穿，MOS管栅极并联电阻(图中R516)是为了释放栅极电荷，不让电荷积累，实测单独焊接该下拉电阻（R516）还是不足以快速释放g极电荷，会导致mos管误触发，可靠的放电电路还是需要依赖mos管g极->D507->驱动芯片地回路来进行可靠的放电。 3）防护漏源极之间过电压 : 虽然漏源击穿电压VDS一般都很大，但如果漏源极不加保护电路，同样有可能因为器件开关瞬间电流的突变而产生漏极尖峰电压，进而损坏MOS管，功率管开关速度越快，产生的过电压也就越高。为了防止器件损坏，通常采用齐纳二极管钳位(图中D901)和RC缓冲电路(图中C916，R926)等保护措施，实测加上稳压管（D901）的效果要比加上RC电路的效果要好，推荐先用稳压管测试，但是此处绝对不能加tvs，加tvs会导致源极电压抬高，gs损坏。当电流过大或者发生短路时，功率MOS管漏极与源极之间的电流会迅速增加并超过额定值，必须在过流极限值所规定的时间内关断功率MOS管,否则器件将被烧坏，因此在主回路增加电流采样保护电路，当电流到达一定值，通过保护电路关闭驱动电路来保护MOS管。 4）电流采样保护电路 将经过mos管的电流通过采样电阻采样出来，然后将信号放大，将放大获得的信号和mcu给出的驱动信号经过或门控制驱动芯片的使能，在驱动电流过大时禁止驱动芯片输出，从而保护mos管回路。
怎么提高buck电路的工作效率？我们知道在buck电路设计中一个十分需要关注的点就是效率，效率的高低决定了你的PCBA是否可以当“暖手宝”，一摸就烫手。
在我们的日常使用中，MOS就是个纯粹的电子开关，虽然MOS管也有放大作用，但是几乎用不到，只用它的开关作用，一般的电机驱动，开关电源，逆变器等大功率设备，全部使用MOS管作为电子开关，使用起来比较方便，简单粗暴，经常用到的只有N沟道的MOS管，并且也针对PMOS讲解，并对比三极管跟mos管的区别。 目录 NMOS管的基础认识 NMOS工作条件 NMOS的等效电路及驱动方法 PMOS的等效电路及驱动方法 三极管和mos管的区别 MOS管选型 MOS管封装 MOS容易忽视的参数-Cgs NMOS管的基础认识 如下图所示，简单的电路图，如引脚输出HIGH电平时，NMOS就等效为闭合的开关。 以上就是最经典的用法，实现了io口，来控制功率器件，因此如下图所示，也就是栅极施加电压，即可导通。 NMOS工作条件 （导通条件）：Ugs大于Ugs（th）阈值电压 性质： 1、MOS导通后，相当于开关闭合，压降几乎为0 2、虽然导通压降几乎为0，但是会有一个内阻RDSon 3、GS极之间是一个电容，只有电容充满电后MOS才会导通 4、一般的MOS管DS极之间会自带一个肖特基二极管，MOS由于自身结构会有一个寄生二极管，有的厂家生产时，会故意把这个二极管做大，增强MOS的性能 5、想要让MOS管截至（断开），只要取消掉G极电压即可，但是要注意，必须想办法给GS间那个电容放电！ G ：栅极 D ：漏极 S ：源极 与三极管不同，MOS管为电压型驱动方式，小电压控制大电压。 状态1： 单片机输出低电平，Q22截至，A点为高电平， 电流方向如图所示，Q20导通，Q23截至，B为高电平 MOS导通，电机转动。 状态2： 单片机输出高电平，Q22导通，A点为低电平， 电流方向如图所示，Q20截至，Q23导通，B为低电平 MOS关断，电机的自感电流流过D7。 。 NMOS的等效电路及驱动方法 可以看成是一个电压控制的电阻，电压就是GS两端的电压差，电阻就指的是DS之间的电阻了，这个电阻的大小呢，会随着gs的电压的变化而产生变化，但是值得注意的是，他们不是线性对应的关系，实际的关系如下所示： 上述的关系图，本质就是当当gs的电压小于一个特定值的时候，电阻基本就是无穷大的，你也可以看成开关断开嘛，断路，当电压值大于特定值的时候，电阻就无限趋近于0，也就是理解成开关闭合，至于说等于这个值的时候会怎么样，这个临界的电压值，我们称之为Vgsth，也就是打开nmos所需要的gs电压了，并且这是每一个nmos的固有属性，我们可以在nmos的数据手册里面找到它，显然Vgsth应该小于高电平的电压值，否则nmos当然也不会正常打开了，因此在你硬件选型的时候，你也需要注意这个点了。 PMOS的等效电路及驱动方法 如下为PMOS与NMOS的结构图如下： 因此PMOS跟NMOS的驱动能力也是相反的，如下图可见，值得注意的是两个mos管的位置。 因此一般对于灯泡、电机这种无源功率器件，我们可以用nmos，如果是有源例如芯片，我们可以用pmos来控制，如下所示： 三极管和mos管的区别 三极管和MOS管（场效应管）都是常见的电子元件，用于放大和开关电路，但它们在结构、工作原理、特性和应用方面有显著差异： 1. 结构与基本原理 三极管：三极管是电流控制型器件，由发射极、基极和集电极组成。其工作原理是通过控制基极电流来调节发射极与集电极之间的电流。 MOS管：MOS管是电压控制型器件，通常分为N沟道和P沟道两种，主要由源极、漏极和栅极构成。它通过栅极电压来控制源极与漏极之间的电流，栅极与其他电极之间有氧化层隔离，基本没有直流电流流入。 2. 控制方式 三极管：需要基极电流来控制集电极电流，因此输入端存在一定的电流损耗。 MOS管：用栅极电压控制，没有电流损耗（栅极电流极小），输入阻抗很高，非常适合高输入阻抗的电路应用。 3. 驱动电压与电流 三极管：一般需要0.6V左右的基极-发射极电压(V_BE)来导通。驱动电流相对较大，驱动能力较强。 MOS管：一般需要较高的栅极-源极电压(V_GS)来开启，对于N沟道常用10V或更高的电压，逻辑电平的MOS管可以使用5V或3.3V来开启。 4. 开关速度 三极管：开关速度较慢，特别是在高频应用中，开关损耗较大。 MOS管：开关速度较快，尤其适合高速开关应用，因此常用于数字电路、功率电子电路中。 5. 功率和效率 三极管：在大功率应用中，开关效率较低，容易发热。 MOS管：导通电阻低，效率较高，适合大电流、大功率应用，且散热相对较好。 6. 应用 三极管：常用于低功率信号放大、音频放大、信号处理等场合，如音响和小功率电源等。 MOS管：常用于开关电源、电动机控制、高频变换等功率电子电路，尤其在功率放大、数字电路、驱动电路中应用广泛。 MOS管选型 参数： DS间耐压、Id（最大工作电流）、RDS(on)（内阻）、Qgs（栅极电荷）、体二极管压降，电流，反向恢复时间。 MOS管封装 贴片：SOT-23 < SOT-89 < TO-252 < TO-263 < QFN 直插：TO-92 < TO-126 < TO-220 < TO-247 长成集成电路芯片模样的：SOP-8、SOIC-8 MOS容易忽视的参数-Cgs Cgs就是g跟s之间的寄生电容了，如下所示： 这个Cgs会影响nmos的打开速度，因为加载到gate端的电压，首先要给这个电容充电，这就导致了gs的电压，并不能一下子就到达给定的值，现象也就是下述的图像了，因此这个对高速PWM波是致命的，如果当pwm接近这个爬升波形时，此时就会失真。
锂离子电池充电电路在实际的项目是最为常见的，特别是消费级别的产品。本文只针对相对简单的充电电路来展开，适合初学者，大神级别的可忽略 今天核桃就和大伙聊聊锂离子电池充电电路该如何设计的，还有电池保护电路的原理，当然了，锂离子充电电路五花八门，不可能全都列出来一一详解，但基本都是大同小异的，学会了一种，其他芯片的充电电路相信也能很轻松的设计出来！ 以LGS4084H为例，如下图1所示: 图1 整个电路图是比较简单的，可以直接参考芯片手册典型应用图，一般情况下完全够用！ 重点关注两个地方： （1）两个充电指示灯的限流电阻R3和R4，如何计算？ （2）4084HB6的6号管脚的电阻起什么作用？ 两个指示灯（发光二极管）一般的压降都是1.2V左右，由手册可以知道，一般发光二极管要点亮的电流在2~10ma左右就可以满足了，电流太大会影响寿命。所以两个指示灯的限流电阻取1K得出的电流为： (5V-1.2V)/1000Ω=3.8ma 查看手册满足要求 如果还不清楚怎么计算的，可以戳这里： 真正的小白入门篇（一），从点亮一颗灯开始 接着看4084HB6的6号管脚的电阻该怎么选？直接看手册，如下： 可以看得出，是用于设置恒流电流的大小，一般情况下，我们选用2K即可，如果需要修改电流大小，可根据公式来计算出相应的阻值！ 注：LGS4084H只适用于3.7V单节锂电池的场合，设计时要注意查看手册相应的参数。 相信很多小伙伴在买锂离子电池的时候，发现很多厂家都标注着“带保护板” 那这个保护板到底如何实现过充，过放，短路等保护的？ 大伙先看一个图，如下： 从上面的图中可以看出，电池地和负载地中间是用一个开关进行隔开的，那其实电池保护板的作用就类似于这个开关，当然肯定不是物理开关，一般都是用MOS来代替，这样，电池保护芯片就可以通过采集流过这个MOS的电流大小，从而去判断负载是否存在短路，过充，过放的情况，当出现故障时，电池保护芯片就立马控制MOS管截止，从而保护电池和负载。 所以在绘制PCB时，要把电池地和负载地区分开来，不能混在一起，不然电池保护芯片就起不到作用了。上面的图1加入保护电路如下所示： 如果买的锂离子电池有自带保护板的，可以直接省略保护电路。 最后，我们看一下PCB如何布局走线的 先看LGS4084H手册PCB布局走线建议，很多芯片手册都会给出PCB的布局走线，所以我们在选型和设计时要认真研读手册。 重点关注几个地：输入电源地，输出电源地和芯片地，三个地的距离越短越宽越好，其余的电阻就近放置走线。如下图布局所示： （1）Type-C电源输入应该先经过两个电容进行滤波处理后才能给到LGS4084H，如下图所示： （2）LGS4084H芯片6号管脚的电阻要靠近IC放置，手册中有强调 （3）电池地和负载地要区分开来，从下图中可以看出，下半部分为电池地，上半部分为负载地。 （4）Type-C输入电源走线加粗处理，并在滤波电容处加足够的回流地过孔。如果还不知道该走多粗的线，可以戳这里： 开启初学者入门PCB（三）——走线 （5）LGS4084H输出给到电池的由于布局的问题，可打孔换到底层走线，要保证足够的过孔。 （6）电池地和负载地分开铺铜
一、电感特性：电感的电流是连续的 电感电流是连续的，这是由电感的基本特性决定的。下面从原理和数学两个角度为你详细解释并证明： 原理角度 电感是一种能够储存和释放磁场能量的元件，其储存的磁场能量表达式为，其中是磁场能量，是电感系数，是通过电感的电流。 根据能量守恒定律，能量不能突变。因为电感储存的磁场能量与电流的平方成正比，如果电流发生突变，意味着在极短的时间内电感储存的能量也会发生突变。但在现实中，能量的变化需要一定的时间来完成，不可能瞬间改变。能量不能瞬移，能量瞬移则需要无穷大的功率。所以，电感中的电流不能突变，即电流是连续变化的。 数学角度 根据法拉第电磁感应定律和电感的定义，电感两端的电压与通过电感的电流之间的关系为，其中为电感值，表示电流随时间的变化率。 对上述公式进行变形，得到电流变化量与电压和时间的关系： 在实际电路中，电感两端的电压是有限值。当时间间隔趋近于零时（也就是在一个瞬间），积分的值也趋近于零。所以有： 这表明在一个瞬间内电流的变化量为零，即电流不能发生突变，是连续的。 综上所述，无论是从物理原理的能量守恒角度，还是从数学推导的角度，都能证明电感电流是连续的。 实际电路分析 开关闭合时电流从直流电压源正端流出，在此导通期间，图中电感上端电压高于其下端电压。此后，开关断开，输入直流电压源与电感断开，电流要保持连续，且与原方向保持一致，因此在开关关断期间，可将电感视为一个电压源，维持电流连续。因此，图中用灰线在电感两端标示了一假想电压源（电池模型），其极性符合电流从电压源正极流出的规则。这使电感下端高于其上端电压。可见，为维持电流连续，电感电压需发生反向。 二、开关断开，可能产生的现象 当用机械开关把电感的电流突然切断时，会出现以下现象： 产生高电压：根据电磁感应定律（法拉第电磁感应定律），（其中是感应电动势，是电感，是电流的变化率）。当机械开关突然切断电感电流时，电流在极短时间内从一定值变为零，电流变化率很大，且为负值。由于电感为定值，所以会在电感两端产生一个很高的反向感应电动势。这个电动势的方向是试图维持原来的电流方向，以阻碍电流的突然变化。 开关触点间产生电弧：由于电感两端产生了高电压，而机械开关断开瞬间，触点之间的空气在高电压作用下会被击穿，形成导电通道，产生电弧。电弧是一种气体放电现象，它能够持续导通电流，使得电感中的能量得以继续释放。这是因为电弧中的高温等离子体具有良好的导电性，可以在一定程度上维持电流的流动，直到电感中的磁场能量消耗殆尽。 在机械开关断开瞬间，由于电感两端产生的高电压击穿触点间空气形成电弧，此时电弧会释放出大量的热量，使得触点附近的温度急剧升高。 起初，能够看到开关触点之间出现明亮刺眼的弧光，伴随着强烈的光线和 “噼啪” 作响的放电声音。随着电弧持续存在，电弧产生的高温不断作用于触点。如果电弧能量足够大、持续时间较长，触点的金属材料会先开始软化，原本平整光滑的触点表面逐渐失去光泽，变得凹凸不平。 接着，随着温度进一步升高，达到触点金属材料的熔点后，金属开始熔化，呈现出液态的金属滴。这些液态金属滴可能会在电弧力和重力的作用下，从触点上滴落下来。同时，由于金属的熔化和蒸发，触点的质量会逐渐减小，形状也会发生明显改变，比如触点的厚度变薄、边缘变得不规则。 在电弧熄灭后，原本金属质地的触点可能会残留一些黑色或其他颜色的氧化物（取决于触点材料和周围环境），表面变得粗糙且可能有孔洞或裂缝，这是因为在高温下金属与空气中的氧气发生了化学反应，并且部分金属被蒸发或溅射出去了。如果触点融化较为严重，可能会导致开关无法正常闭合或导通电流，使整个电路出现故障。 可能损坏电路元件：高电压不仅会在开关触点间产生电弧，还可能对电路中的其他元件造成损害。例如，可能会击穿与电感相连的电子元件的绝缘层，导致元件损坏；或者超过其他元件的额定电压，使其性能下降甚至失效。 辐射电磁干扰：快速变化的电流和高电压会产生较强的电磁辐射，形成电磁干扰（EMI）。这种电磁干扰可能会影响周围其他电子设备的正常工作，例如导致附近的通信设备出现信号干扰、数据传输错误等问题。 三、机械开关VS电子开关，切断电感电流的区别 机械开关切断电感电流 现象： 电弧放电：当机械开关触点分离时，电感试图维持电流，导致触点间电压急剧升高，击穿空气形成电弧。电弧会持续到电感能量释放完毕或触点间距足够大。 触点损坏：电弧的高温会烧蚀开关触点，缩短机械开关寿命。 电磁干扰（EMI）：电弧产生高频噪声，干扰周围电子设备。 典型应用场景：机械开关（如继电器、断路器）直接切断感性负载（如电机、电磁阀）时，必须设计灭弧装置（如磁吹灭弧、灭弧栅）或并联保护元件（如RC缓冲电路、压敏电阻）。 电子开关（MOSFET）切断电感电流 现象： 电压尖峰：MOSFET关断速度极快（纳秒级），导致电流变化率（didt）极大，从而在漏源极（D-S）间产生高压尖峰。 器件击穿：若电压尖峰超过MOSFET的耐压值（VDSS），会导致器件击穿损坏。 无电弧：半导体开关无物理触点，避免了电弧问题。 关键保护措施： 续流二极管：在电感两端反向并联二极管（续流二极管），为电感电流提供释放路径，限制电压尖峰（钳位在二极管正向压降）。 RC缓冲电路：吸收高频能量，减缓电压上升速率。 TVS/稳压管：瞬态电压抑制器或齐纳二极管可钳位过压。 机械开关 vs. 电子开关对比 特性 机械开关 电子开关（MOSFET） 关断速度 慢（毫秒级） 快（纳秒级） 电弧风险 高（需灭弧设计） 无 电压尖峰 较低（因关断速度慢） 极高（需外部保护电路） 寿命 有限（触点磨损） 长（无机械磨损） 典型保护措施 灭弧装置、RC电路、压敏电阻 续流二极管、RC缓冲、TVS/稳压管 四、解决方案 1）泄放二极管 开关闭合时，由于二极管单向导通特性，不会对主通路产生影响； 开关断开后，电感产生的感应电动势上负下正，通过并联的二极管泄放电压，来减少对开关的损伤。 二极管必须能够承受关断时的初始电流，该初始电流等于开关闭合时流经电感的稳态电流。此外，二极管的额定电压需要能够承受正电压电平和负电压电平之间的变化幅度。一条经验法则是，选择额定电流至少达到电感线圈所汲取电流大小、且额定电压至少为负载工作电压两倍的二极管。 此种方案的缺点是泄放感应电动势时间过长，所以可以采用Zener Diode并联在电感负载两侧，电感电流迅速消失。 2）RC消火花电路 如下图所示，采用RC串联电路，与开关进行并联，这样感应电动势可以消耗在电容和电阻上面，减少对开关的损坏。 3）续流二极管 想想，非同步Buck电路是不是就是因为这个原因，所以需要一个续流二极管？ 当开关突然断开时，在芯片输出管脚到负载端，由于存在实际走线长度，存在寄生电感，产生感应电压，如下图所示，VL=-20V，芯片Output端口为负压，为了保护芯片输出端口内部的Diode，可以加入一个Schottky Diode，具体如下图所示： 选择Schottky Diode时，需要选择尽量小的VF，让其先于芯片内部保护二极管导通，才能起到保护作用。
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