MOSFET驱动设计全掌握

2019-05-06 13:28:11 来源:中国电子网
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mos管是金属(metal)、氧化物(oxide)、半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体(insulator)、半导体。MOS管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。

 

一般认为MOSFET是电压驱动的,不需要驱动电流。然而,在MOS的G S两级之间有结电容存在,这个电容会让驱动MOS变的不那么简单。如果不考虑纹波和EMI等要求的话,MOS管开关速度越快越好,因为开关时间越短,开关损耗越小,而在开关电源中开关损耗占总损耗的很大一部分,因此MOS管驱动电路的好坏直接决定了电源的效率。

 

 

对于一个MOS管,如果把GS之间的电压从0拉到管子的开启电压所用的时间越短,那么MOS管开启的速度就会越快。与此类似,如果把MOS管的GS电压从开启电压降到0V的时间越短,那么MOS管关断的速度也就越快。

 

由此我们可以知道,如果想在更短的时间内把GS电压拉高或者拉低,就要给MOS管栅极更大的瞬间驱动电流。

 

大家常用的PWM芯片输出直接驱动MOS或者用三极管放大后再驱动MOS的方法,其实在瞬间驱动电流这块是有很大缺陷的。

 

比较好的方法是使用专用的MOSFET驱动芯片如TC4420来驱动MOS管,这类的芯片一般有很大的瞬间输出电流,而且还兼容TTL电平输入,MOSFET驱动芯片的内部结构。

 

 

MOS驱动电路设计需要注意的地方

因为驱动线路走线会有寄生电感,而寄生电感和MOS管的结电容会组成一个LC振荡电路,如果直接把驱动芯片的输出端接到MOS管栅极的话,在PWM波的上升下降沿会产生很大的震荡,导致MOS管急剧发热甚至爆炸,一般的解决方法是在栅极串联10欧左右的电阻,降低LC振荡电路的Q值,使震荡迅速衰减掉。

 

因为MOS管栅极高输入阻抗的特性,一点点静电或者干扰都可能导致MOS管误导通,所以建议在MOS管G S之间并联一个10K的电阻以降低输入阻抗。

 

如果担心附近功率线路上的干扰耦合过来产生瞬间高压击穿MOS管的话,可以在GS之间再并联一个18V左右的TVS瞬态抑制二极管,TVS可以认为是一个反应速度很快的稳压管,其瞬间可以承受的功率高达几百至上千瓦,可以用来吸收瞬间的干扰脉冲。

 

MOS管驱动电路参考

 

MOS管驱动电路的布线设计

MOS管驱动线路的环路面积要尽可能小,否则可能会引入外来的电磁干扰

 

驱动芯片的旁路电容要尽量靠近驱动芯片的VCC和GND引脚,否则走线的电感会很大程度上影响芯片的瞬间输出电流。

 

 

常见的MOS管驱动波形

 

 

如果出现了这样圆不溜秋的波形就等着核爆吧。有很大一部分时间管子都工作在线性区,损耗极其巨大。

 

一般这种情况是布线太长电感太大,栅极电阻都救不了你,只能重新画板子。

 

 

高频振铃严重的毁容方波。在上升下降沿震荡严重,这种情况管子一般瞬间死掉,跟上一个情况差不多,进线性区。原因也类似,主要是布线的问题。又胖又圆的肥猪波。上升下降沿极其缓慢,这是因为阻抗不匹配导致的。芯片驱动能力太差或者栅极电阻太大。

 

果断换大电流的驱动芯片,栅极电阻往小调调就OK了。

 

打肿脸充正弦的生于方波他们家的三角波。驱动电路阻抗超大发了。此乃管子必杀波。解决方法同上。

 

 

大众脸型,人见人爱的方波。高低电平分明,电平这时候可以叫电平了,因为它平。边沿陡峭,开关速度快,损耗很小,略有震荡,可以接受,管子进不了线性区,强迫症的话可以适当调大栅极电阻。

 

 

方方正正的帅哥波,无振铃无尖峰无线性损耗的三无产品,这就是最完美的波形了。

 

另外选择到一款正确的MOS管,可以很好地控制生产制造成本,最为重要的是,为产品匹配了一款最恰当的元器件。

 
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