圖文分析MOSFET的驅動技術!詳細,到位

MOSFET的簡單模型


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MOSFET的一些主要參數

■耐壓:通常所說的VDS,或者說是擊穿電壓。那麼一般MOS廠家是如何來定義這個參數的呢?

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■上面這個例子顯示,當驅動電壓為0,Vds達到200V的時候,Id這個電流達到了250uA,這個時候認為已經達到擊穿電壓。

■不同的廠家對此定義略有不同,但是基本上來說,當電壓超過擊穿電壓,MOS的漏電流就會急劇上升。

■導通電阻:

■MOSFET在導通之後,其特性可以近似認為是一個電阻

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■上面這個例子表示,在驅動電壓為10V的時候,導通電阻為0.18歐姆

■導通電阻的溫度關係:

■MOS的導通電阻隨溫度上升而上升,下圖顯示該MOS的導通電阻在結溫為140度的時候,為20度時候的2倍。

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■導通閥值電壓:就是當驅動電壓到達該值之後,可認為MOS已經開通。

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■上面這個例子,可以看到當Vgs達到2-4V的時候,MOS電流就上升到250uA。這時候可認為MOS已經開始開通。

■驅動電壓和導通電阻,最大導通電流之間的關係

■從下圖可以看到,驅動電壓越高,實際上導通電阻越小,而且最大導通電流也越大

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■導通閥值電壓隨溫度上升而下降

■MOSFET的寄生二極管

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■寄生二極管比較重要的特性,就是反向恢復特性。這個在ZVS,同步整流等應用中顯得尤為重要。

■MOSFET的寄生電容

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■這三個電容的定義如下:

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■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。所以一般的MOS廠家還會用另外一個參數來描述這個特性:

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■用電荷來描述

MOSFET的驅動技術


■MOS雖然是電壓型驅動,但是由於寄生電容的存在,必須要求驅動電路提供一定的驅動電流。

■較小的驅動電流,會導致MOS的GS電壓上升緩慢,降低了開關速度,提高了開關損耗。

■米勒電容Cgd


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■米勒電容雖然看起來很小,但是對驅動的影響很大,特別在VDS比較高的場合。但是在ZVS和同步整流等應用中,由於VDS會在驅動上來之前,下降到零,就不存在這個問題。

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■上面的例子定義驅動能力為峰值電流(在特定條件下)

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■有些廠商就用內阻來定義驅動能力。

■當IC本身的驅動能力不足的時候,就需要外加驅動電路來增強驅動能力,以達到快速開關MOS的需求

■1.採用分立器件,比如圖騰柱。

■2.採用集成的驅動IC.

■MOSFET的低端(low side)驅動:

■所謂低端驅動,就是驅動電路的參考地,就是MOS的S端。

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■低端驅動,電路往往比較簡單,除了驅動能力之外,還是需要注意一些細節。

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■MOSFET的高端(High Side)驅動

■很多情況下,MOSFET的S極並不是IC的參考地,比如BUCK開關管,橋式電路的上管……


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■自舉驅動,利用自舉電路,自動抬升供電電壓。自舉的驅動芯片種類很多,但是需要注意其耐壓。

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■對於二極管整流的buck,自舉驅動需要注意的問題。

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■利用變壓器隔離驅動:

■對於浮地的MOS,或者和IC隔離的MOS,通常可以採用變壓器隔離驅動

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■變壓器隔離驅動的關鍵:

■變壓器隔離驅動關鍵考慮的問題,就是變壓器的復位,比較常用是利用隔直電容來複位,但是需要注意的是,採用隔直電容之後,有可能變壓器傳遞的電壓幅度和佔空比有關。需要考慮變壓器的變比。

■對於跨初次級的驅動變壓器,還需要考慮其耐壓的問題。

■利用簡單倍壓電路來抬升驅動電壓。

■下圖的驅動電路,可以傳遞大佔空比的驅動信號,而且可以讓驅動電壓不下降。

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■隔直電容帶來的問題:

■由於隔直電容會儲存能量,所以在驅動消失之後,隔直電容會和變壓器產生諧振,導致驅動電路傳遞錯誤的驅動信號。

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■為了降低這個問題的影響。可以利用這些電阻來阻尼這個震盪。

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■對具有隔直電容的驅動電路,有些IC會植入soft stop的功能:在關機時候,讓驅動的佔空比逐漸降低到0.

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■為了避免這個隔直電容帶來的問題,可以採用無電容的變壓器驅動電路。

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■如果用IC直接驅動變壓器,那麼需要注意:

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■同步整流驅動,需要注意邏輯的問題

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■同步整流2個管子的驅動關係為互補,但是當主管長時間關斷的時候,整流管就會出現長時間導通的情況。

■所以在關機的時候,不能簡單的把主管驅動信號置低,而要同時把整流管的驅動信號也置低。

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■MOS的並聯驅動,並聯驅動要儘量保證每個管子的驅動線對稱。

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內容整理自網絡

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