咱們做電子的,幾乎都會(huì)用到MOS管,也遇到過MOS管炸裂的情況。小功率MOS炸裂時(shí),沒什么感覺,大功率就不一樣,震耳欲聾,感覺在以命相搏。
其實(shí)很多時(shí)候,炸管的原因就是驅(qū)動(dòng)問題。下面就給大家分享一下MOS管的一些參數(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
MOSFET簡介????
■MOSFET的全稱為:metal oxide semiconductor field-effect transistor,中文通常稱之為,金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管。
■MOSFET最早出現(xiàn)在大概上世紀(jì)60年代,首先出現(xiàn)在模擬電路的應(yīng)用。
■功率MOSFET在上世紀(jì)80年代開始興起,在如今電力電子功率器件中,無疑成為了最重要的主角器件。
MOSFET的簡單模型
MOSFET的一些主要參數(shù)
■耐壓:通常所說的VDS,或者說是擊穿電壓。那么一般MOS廠家是如何來定義這個(gè)參數(shù)的呢?
■上面這個(gè)例子顯示,當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為0,Vds達(dá)到200V的時(shí)候,Id這個(gè)電流達(dá)到了250uA,這個(gè)時(shí)候認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到擊穿電壓。
■不同的廠家對此定義略有不同,但是基本上來說,當(dāng)電壓超過擊穿電壓,MOS的漏電流就會(huì)急劇上升。
■導(dǎo)通電阻:
■MOSFET在導(dǎo)通之后,其特性可以近似認(rèn)為是一個(gè)電阻
■上面這個(gè)例子表示,在驅(qū)動(dòng)電壓為10V的時(shí)候,導(dǎo)通電阻為0.18歐姆
■導(dǎo)通電阻的溫度關(guān)系:
■MOS的導(dǎo)通電阻隨溫度上升而上升,下圖顯示該MOS的導(dǎo)通電阻在結(jié)溫為140度的時(shí)候,為20度時(shí)候的2倍。
■導(dǎo)通閥值電壓:就是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓到達(dá)該值之后,可認(rèn)為MOS已經(jīng)開通。
■上面這個(gè)例子,可以看到當(dāng)Vgs達(dá)到2-4V的時(shí)候,MOS電流就上升到250uA。這時(shí)候可認(rèn)為MOS已經(jīng)開始開通。
■驅(qū)動(dòng)電壓和導(dǎo)通電阻,最大導(dǎo)通電流之間的關(guān)系。
■從下圖可以看到,驅(qū)動(dòng)電壓越高,實(shí)際上導(dǎo)通電阻越小,而且最大導(dǎo)通電流也越大
■導(dǎo)通閥值電壓隨溫度上升而下降
■MOSFET的寄生二極管
■寄生二極管比較重要的特性,就是反向恢復(fù)特性。這個(gè)在ZVS,同步整流等應(yīng)用中顯得尤為重要。
■MOSFET的寄生電容
■這三個(gè)電容的定義如下:
■MOS的寄生電容都是非線性電容,其容值和加在上面的電壓有關(guān)。所以一般的MOS廠家還會(huì)用另外一個(gè)參數(shù)來描述這個(gè)特性:
■用電荷來描述
MOSFET的驅(qū)動(dòng)技術(shù)
■MOS雖然是電壓型驅(qū)動(dòng),但是由于寄生電容的存在,必須要求驅(qū)動(dòng)電路提供一定的驅(qū)動(dòng)電流。
■較小的驅(qū)動(dòng)電流,會(huì)導(dǎo)致MOS的GS電壓上升緩慢,降低了開關(guān)速度,提高了開關(guān)損耗。
■米勒電容Cgd
■米勒電容雖然看起來很小,但是對驅(qū)動(dòng)的影響很大,特別在VDS比較高的場合。但是在ZVS和同步整流等應(yīng)用中,由于VDS會(huì)在驅(qū)動(dòng)上來之前,下降到零,就不存在這個(gè)問題。
■上面的例子定義驅(qū)動(dòng)能力為峰值電流(在特定條件下)
■有些廠商就用內(nèi)阻來定義驅(qū)動(dòng)能力。
■當(dāng)IC本身的驅(qū)動(dòng)能力不足的時(shí)候,就需要外加驅(qū)動(dòng)電路來增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力,以達(dá)到快速開關(guān)MOS的需求
■1.采用分立器件,比如圖騰柱。
■2.采用集成的驅(qū)動(dòng)IC.
■MOSFET的低端(low side)驅(qū)動(dòng):
■所謂低端驅(qū)動(dòng),就是驅(qū)動(dòng)電路的參考地,就是MOS的S端。
■低端驅(qū)動(dòng),電路往往比較簡單,除了驅(qū)動(dòng)能力之外,還是需要注意一些細(xì)節(jié)。
■MOSFET的高端(High Side)驅(qū)動(dòng)
■很多情況下,MOSFET的S極并不是IC的參考地,比如BUCK開關(guān)管,橋式電路的上管……
■自舉驅(qū)動(dòng),利用自舉電路,自動(dòng)抬升供電電壓。自舉的驅(qū)動(dòng)芯片種類很多,但是需要注意其耐壓。
■對于二極管整流的buck,自舉驅(qū)動(dòng)需要注意的問題。
■利用變壓器隔離驅(qū)動(dòng):
■對于浮地的MOS,或者和IC隔離的MOS,通??梢圆捎米儔浩鞲綦x驅(qū)動(dòng)
■變壓器隔離驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵:
■變壓器隔離驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵考慮的問題,就是變壓器的復(fù)位,比較常用是利用隔直電容來復(fù)位,但是需要注意的是,采用隔直電容之后,有可能變壓器傳遞的電壓幅度和占空比有關(guān)。需要考慮變壓器的變比。
■對于跨初次級(jí)的驅(qū)動(dòng)變壓器,還需要考慮其耐壓的問題。
■利用簡單倍壓電路來抬升驅(qū)動(dòng)電壓。
■下圖的驅(qū)動(dòng)電路,可以傳遞大占空比的驅(qū)動(dòng)信號(hào),而且可以讓驅(qū)動(dòng)電壓不下降。
■隔直電容帶來的問題:
■由于隔直電容會(huì)儲(chǔ)存能量,所以在驅(qū)動(dòng)消失之后,隔直電容會(huì)和變壓器產(chǎn)生諧振,導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路傳遞錯(cuò)誤的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
■為了降低這個(gè)問題的影響??梢岳眠@些電阻來阻尼這個(gè)震蕩。
■對具有隔直電容的驅(qū)動(dòng)電路,有些IC會(huì)植入soft stop的功能:在關(guān)機(jī)時(shí)候,讓驅(qū)動(dòng)的占空比逐漸降低到0.
■為了避免這個(gè)隔直電容帶來的問題,可以采用無電容的變壓器驅(qū)動(dòng)電路。
■如果用IC直接驅(qū)動(dòng)變壓器,那么需要注意:
■同步整流驅(qū)動(dòng),需要注意邏輯的問題
■同步整流2個(gè)管子的驅(qū)動(dòng)關(guān)系為互補(bǔ),但是當(dāng)主管長時(shí)間關(guān)斷的時(shí)候,整流管就會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間導(dǎo)通的情況。
■所以在關(guān)機(jī)的時(shí)候,不能簡單的把主管驅(qū)動(dòng)信號(hào)置低,而要同時(shí)把整流管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也置低。
■MOS的并聯(lián)驅(qū)動(dòng),并聯(lián)驅(qū)動(dòng)要盡量保證每個(gè)管子的驅(qū)動(dòng)線對稱。