教你如何计算MOS管的开关电路（一）
★★★ mos-3---mos管的开关电路 ★★★
引言：分立mos搭建的开关电路在电路设计里面非常常见，在单板的逻辑设计，器件控制，供电控制，供电保护等等方面，都发挥着巨大的作用。使用时如果设计巧妙，简约，不仅可以节约大量物料成本还能增强系统的稳健性（模拟控制比数字控制可靠的多）,本节主要讲解mos搭建的两类基础开关类型。
€1.源极接地型开关
如下是nmos和pmos的源极接地型开关，所谓源极接地型，即nmos的源极直连gnd，pmos的源极直连vdd。其中rg是栅极限流电阻，rp是偏置电阻，rd是主路径限流电阻。
图3-1：nmos和pmos源极接地型开关
对于nmos源极接地型开关，当ctrl in输入高电平时，nmos导通，out端直接连gnd，输出低电平；当ctrl in为低电平时，nmos不导通，out端通过rd连接vdd，输出高电平。
对于pmos源极接地型开关，当ctrl in输入高电平（以vdd为基准，vdd-vin＞vth）时，pmos不导通，out端被rd下拉至gnd，输出低电平；当ctrl in输入低电平（vdd-vin
根据上面描述的工作过程，可知源极接地型开关的out和ctrl in比较，是反相的，所以源极接地型开关又叫反相开关。
€2.源极跟随型开关
如下是nmos和pmos的源极跟随型开关，所谓源极跟随型，即nmos的漏极直连vdd，pmos的漏极直连gnd。其中rg是栅极限流电阻，rp是偏置电阻，rd是主路径限流电阻。
图3-2：nmos和pmos源极跟随器型开关
对于nmos源极跟随型开关，当ctrl in输入高电平时，nmos导通，out端直接连vdd，输出高电平；当ctrl in为低电平时，nmos不导通，out端被rd下拉至gnd，输出低电平。
对于pmos源极跟随型开关，当ctrl in输入高电平（以vdd为基准，vin-vdd＞vthmax）时，pmos不导通，out端通过rd连接vdd，输出高电平；当ctrl in输入低电平（vin-vdd
根据上面描述的工作过程，可知源极跟随型开关的out和ctrl in比较，是同相的，所以源极跟随型开关又叫同相开关。
€3.源极接地型和源极跟随型开关设计实例
设计背景：
控制端为mcu的gpio，高电平1.8v，vdd为5.0v，设计一个led驱动电路，可以控制led的亮灭。led为rohm的smlz24bn3tt86，相关参数如下：
图3-3：led的最大额定参数
图3-4：led的标准参数
从上述参数可知，led正常工作时，导通电流ifmax=30ma，脉冲峰值电流为100ma，那么控制led关闭时电流为0ma，导通时电流为20ma，vf=3.3v，明暗就在0-20ma之间变化。
设计分析：
led点亮时，vf=3.3v，那么导通路径上的电阻分压为5-3.3=1.7v，导通路径电流=0.02a，路径电阻rd=1.7v/0.02a=85ω。因为路径电流不大，所以不需要选用功率mos，小信号mos就可以满足要求。ctrl in端电压=1.8v，汇总选型参数为：id＞0.02a，vgsth＜1.8v，vdss＞5.0v。
此处选lrc的lsi1012lt1g，具体参数如下：
图3-5：lsi1012lt1g最大额定参数
图3-6：lsi1012lt1g静态参数
vgsth=0.9vmax，1.8v的vgs可以将mos完全打开。设计如下：
图3-7：nmos源极接地型和源极跟随型开关
从图3-7可以看到，同样的器件，两种驱动方式，参数是不同的，左图mos关断时，电流路径为vdd--->rd--->led--->gnd，此时功耗p关=prd+pled。mos导通时，此时功耗p通=prd+pq。由于rd比较小，p通会比较大。右图mos关断时，此时功耗p关=0，mos导通时，rd比较大，20ma电流都流向led，此时功耗p通=pled。（电阻rd上的功耗忽略不计）。两种功耗的差异很明显，但前者是反相，高电平熄灭，低电平点亮，后者是同相，高电平点亮，低电平熄灭。
图3-10是pnp型源极接地型和源极跟随型开关，分析方式和上面类似，选用pmos型号为lrc的lsi1013lt1g设计源极接地型和源极跟随型开关：
图3-8：lsi1013lt1g最大额定参数
图3-9：lsi1013lt1g电气参数
由于vdd=5v，那么ctrl in电平的参照就是vdd=5v，ctrl in最高1.8v，vgs是-5v和-3.2v，均小于vgsth=-1.3v，都处于导通状态。如果更改vdd为1.8v，当ctrl in=0v低电平时，vgs=-1.78v＜-1.3v，pmos导通，当ctrl in=1.8v高电平时，vgs=0v＞-0.45v，pmos关断。更改为vdd=1.8v，led就需要重新选型。
从上面计算可知使用pmos设计驱动电路，没有nmos简单，成本也比较高。
图3-10：pmos源极接地型和源极跟随型开关
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€1.源极接地型开关
如下是nmos和pmos的源极接地型开关，所谓源极接地型，即nmos的源极直连gnd，pmos的源极直连vdd。其中rg是栅极限流电阻，rp是偏置电阻，rd是主路径限流电阻。
图3-1：nmos和pmos源极接地型开关
对于nmos源极接地型开关，当ctrl in输入高电平时，nmos导通，out端直接连gnd，输出低电平；当ctrl in为低电平时，nmos不导通，out端通过rd连接vdd，输出高电平。
对于pmos源极接地型开关，当ctrl in输入高电平（以vdd为基准，vdd-vin＞vth）时，pmos不导通，out端被rd下拉至gnd，输出低电平；当ctrl in输入低电平（vdd-vin
根据上面描述的工作过程，可知源极接地型开关的out和ctrl in比较，是反相的，所以源极接地型开关又叫反相开关。
€2.源极跟随型开关
如下是nmos和pmos的源极跟随型开关，所谓源极跟随型，即nmos的漏极直连vdd，pmos的漏极直连gnd。其中rg是栅极限流电阻，rp是偏置电阻，rd是主路径限流电阻。
图3-2：nmos和pmos源极跟随器型开关
对于nmos源极跟随型开关，当ctrl in输入高电平时，nmos导通，out端直接连vdd，输出高电平；当ctrl in为低电平时，nmos不导通，out端被rd下拉至gnd，输出低电平。
对于pmos源极跟随型开关，当ctrl in输入高电平（以vdd为基准，vin-vdd＞vthmax）时，pmos不导通，out端通过rd连接vdd，输出高电平；当ctrl in输入低电平（vin-vdd
根据上面描述的工作过程，可知源极跟随型开关的out和ctrl in比较，是同相的，所以源极跟随型开关又叫同相开关。
€3.源极接地型和源极跟随型开关设计实例
设计背景：
控制端为mcu的gpio，高电平1.8v，vdd为5.0v，设计一个led驱动电路，可以控制led的亮灭。led为rohm的smlz24bn3tt86，相关参数如下：
图3-3：led的最大额定参数
图3-4：led的标准参数
从上述参数可知，led正常工作时，导通电流ifmax=30ma，脉冲峰值电流为100ma，那么控制led关闭时电流为0ma，导通时电流为20ma，vf=3.3v，明暗就在0-20ma之间变化。
设计分析：
led点亮时，vf=3.3v，那么导通路径上的电阻分压为5-3.3=1.7v，导通路径电流=0.02a，路径电阻rd=1.7v/0.02a=85ω。因为路径电流不大，所以不需要选用功率mos，小信号mos就可以满足要求。ctrl in端电压=1.8v，汇总选型参数为：id＞0.02a，vgsth＜1.8v，vdss＞5.0v。
此处选lrc的lsi1012lt1g，具体参数如下：
图3-5：lsi1012lt1g最大额定参数
图3-6：lsi1012lt1g静态参数
vgsth=0.9vmax，1.8v的vgs可以将mos完全打开。设计如下：
图3-7：nmos源极接地型和源极跟随型开关
从图3-7可以看到，同样的器件，两种驱动方式，参数是不同的，左图mos关断时，电流路径为vdd--->rd--->led--->gnd，此时功耗p关=prd+pled。mos导通时，此时功耗p通=prd+pq。由于rd比较小，p通会比较大。右图mos关断时，此时功耗p关=0，mos导通时，rd比较大，20ma电流都流向led，此时功耗p通=pled。（电阻rd上的功耗忽略不计）。两种功耗的差异很明显，但前者是反相，高电平熄灭，低电平点亮，后者是同相，高电平点亮，低电平熄灭。
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图3-9：lsi1013lt1g电气参数
由于vdd=5v，那么ctrl in电平的参照就是vdd=5v，ctrl in最高1.8v，vgs是-5v和-3.2v，均小于vgsth=-1.3v，都处于导通状态。如果更改vdd为1.8v，当ctrl in=0v低电平时，vgs=-1.78v＜-1.3v，pmos导通，当ctrl in=1.8v高电平时，vgs=0v＞-0.45v，pmos关断。更改为vdd=1.8v，led就需要重新选型。
从上面计算可知使用pmos设计驱动电路，没有nmos简单，成本也比较高。
图3-10：pmos源极接地型和源极跟随型开关
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