硬件系统工程师宝典（27）-----MOSFET、BJT搭配，干活不累

各位同学大家好，欢迎继续做客电子工程学习圈，今天我们继续来讲这本书，硬件系统工程师宝典。上篇我们说到场效应管的原理是通过“监测”栅极和源极间电压来实现控制漏极-源极之间电流的目的。今天我们来讲讲场效应管如何和BJT搭配设计控制电路。

在电路设计中，一般BJT会配合MOSFET来实现MOSFET漏极和源极之间的导通和闭合，BJT和MOSFET常用的配合有四种，分别是：NPN型BJT+增强型PMOS、PNP型BJT+增强型PMOS、NPN型BJT+增强型NMOS和PNP型BJT+增强型NMOS。

NPN型BJT+增强型PMOS

NPN型BJT+增强型PMOS适用于控制信号是高电平时，控制电路如下图所示：

​NPN型BJT+增强型PMOS控制电路

上图电路中，PMOS的源极S接Input信号端，漏极D接电路后面的负载。一般在电源控制电路中，Input为某一电平的电源，Output是另一个需要时序控制的电源，受Enable信号控制，此电路在很多电子系统上电时序控制的电路中应用广泛。

该电路的工作流程：当Enable控制信号为低电平时，此时Q1处于关断状态，集电极和发射极处于断开状态。那么，Q1的集电极通过电阻R1上拉到Input高电平，同样U1的栅极为高电平，Vgs没有满足导通条件，PMOS此时处于关断状态，Output没有信号输出。当Enable控制信号为高电平时，三极管Q1导通，此时Q1的集电极和发射极处于导通状态。那么Q1的集电极C（也是U1的栅极G）为低电平，此时Vgs<0，此时PMOS导通，Output和Input连通。这里PMOS管导通，电源的传递方向是从源极S到漏极D，如果是NMOS管，电流方向是从漏极D流向源极S，因此，当MOS工作时，电流方向必须和体二极管相反，否则电流会直接从体二极管流过，MOS管就起不到开关作用。

电路中的R1是用来保证PMOS栅极的状态，必不可少；电路中的R4用来保证Q1在默认状态下不导通，当Enable有确定状态时，R4可去掉，若为高阻态，R4必须要有；R3用来限制基极电流（基极电流一般很小）；C1和R2构成延时电路，减缓驱动MOS栅极时的瞬态电流，有效保护MOS管。

PNP型BJT+增强型PMOS

PNP型BJT+增强型PMOS适用于控制信号为低电平时。控制电路如下图所示：

​PNP型BJT+增强型PMOS控制电路

当Enable信号为高电平时，Q2截止，Q2的发射极E和集电极C处于断开状态，此时发射极E通过R2和R1上拉到Input（高电平状态），PMOS处于关断状态。当Enable控制信号为低电平时，Q2导通，Q2的发射极E和基极B之间的二极管导通，发射极E的电平被拉低，从而使PMOS导通，电流从Input端流向Output端。

NPN型BJT+增强型NMOS

采用NPN型BJT+增强型NMOS如下图所示，为保证NMOS导通，源极S接Input端，栅极接Input+Vgs，此时可以满足NMOSFET导通，但是发现NMOS电流的方向是从源极S流向漏极D，NMOS无法起到控制作用，电流从NMOS的体二极管直接流过。因此，要对此电路进行更改。

​NPN型BJT+增强型NMOS控制电路

电路更改后，改变输入/输出方向，如下图所示，改变输入/输出的方向，NMOS的漏极D作为信号输入，源极S作为信号的输出，但是问题是不知道Output的电平值，就不好确定栅极G的驱动电压。此时，MOSFET的驱动电压就需要一个和源极一起变化的电压，确保MOSFET正常导通。

​更改后的NPN型BJT+增强型NMOS控制电路

PNP型BJT+增强型NMOS

采用PNP型BJT+增强型NMOS时，也要注意输入和输出的方向，不能出现NMOS管的体二极管导通状态使NMOS起不到开关作用，驱动电路如下所示：

​PNP型BJT+增强型NMOS控制电路

对于MOS电路在电源中的应用，很多时候也会采用NMOS+PMOS的形式，如下图所示，当Enable控制端输出高电平时，Q27导通，此时NMOS的漏极D和源极S导通，电流从D流向S，那么Q26的栅极G被拉低，其栅极和源极电压Vgs=-5V<0，符合PMOS导通条件，此时Q26的源极和漏极导通，电流从+5V流向VCC5B。当Enable控制端输出低电平时，Q27截止，此时Q27漏极为高电平，从而使得Q26处于关断状态，VCC5B没有电源供给。

​增强型NMOS+增强型PMOS控制电路

NMOS和PMOS的驱动总结

1.NMOS高端驱动：MOS管可以用来控制电源的上电时序，使一端从另一端获得电流。当电路中电流很大时，由于同性能的NMOS导通电阻小于PMOS，因此驱动电路一般采用NMOS，应用时需要确保栅极驱动电压高于源极电压。

2.NMOS低端驱动：NMOS用于低端驱动时，NMOS的源极接地，只要在栅极加载一定驱动电压，就可以驱动NMOS的漏极和源极导通了。

3.PMOS高端驱动：PMOS用于高端驱动时，源极接外接电源，漏极接后续负载，控制栅极电位为低电平时，PMOS导通，PMOS具有较大的导通电阻，价格比NMOS贵。不同于BJT管，MOS管具有正温度系数，温度升高时，导通阻抗会逐渐变大，如下图所示：

​MOS导通电阻随温度的变化曲线

根据MOS管的这一特性适合并联电路中的均流，因此当电路中的电流很大时，一般会采用并联MOS的方法来进行分流。如下图所示为并联MOS管实现电流均衡电路。

​并联MOS管实现的电流均衡

如上图电路，采用MOS进行电流均流，当其中一路电流大于另一路MOS中的电流时，电流大的MOS产生的热量就会多，从而引起导通阻抗的增大，减小流过的电流。MOS管之间根据电流大小的不同来反复调节，最后可实现两个MOS管之间电流的均衡。要注意两个MOS管要完全一致，散热过孔一致、布局一致、共用散热片，要确保2个MOS管工作环境一致。

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