MOS管寄生參數(shù)的影響和其驅(qū)動(dòng)電路要點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間:2019-06-17 來(lái)源:朱玉龍 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】我們?cè)趹?yīng)用MOS管和設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)的時(shí)候,有很多寄生參數(shù),其中最影響MOS管開(kāi)關(guān)性能的是源邊感抗。寄生的源邊感抗主要有兩種來(lái)源,第一個(gè)就是晶圓DIE和封裝之間的Bonding線的感抗,另外一個(gè)就是源邊引腳到地的PCB走線的感抗(地是作為驅(qū)動(dòng)電路的旁路電容和電源網(wǎng)絡(luò)濾波網(wǎng)的返回路徑)。在某些情況下,加入測(cè)量電流的小電阻也可能產(chǎn)生額外的感抗。
我們分析一下源邊感抗帶來(lái)的影響:
1.使得MOS管的開(kāi)啟延遲和關(guān)斷延遲增加
由于存在源邊電感,在開(kāi)啟和關(guān)段初期,電流的變化被拽了,使得充電和放電的時(shí)間變長(zhǎng)了。同時(shí)源感抗和等效輸入電容之間會(huì)發(fā)生諧振(這個(gè)諧振是由于驅(qū)動(dòng)電壓的快速變壓形成的,也是我們?cè)贕端看到震蕩尖峰的原因),我們加入的門(mén)電阻Rg和內(nèi)部的柵極電阻Rm都會(huì)抑制這個(gè)震蕩(震蕩的Q值非常高)。
我們需要加入的優(yōu)化電阻的值可以通過(guò)上述的公式選取,如果電阻過(guò)大則會(huì)引起G端電壓的過(guò)沖(優(yōu)點(diǎn)是加快了開(kāi)啟的過(guò)程),電阻過(guò)小則會(huì)使得開(kāi)啟過(guò)程變得很慢,加大了開(kāi)啟的時(shí)間(雖然G端電壓會(huì)被抑制)。
園感抗另外一個(gè)影響是阻礙Id的變化,當(dāng)開(kāi)啟的時(shí)候,初始時(shí)di/dt偏大,因此在原感抗上產(chǎn)生了較大壓降,從而使得源點(diǎn)點(diǎn)位抬高,使得Vg電壓大部分加在電感上面,因此使得G點(diǎn)的電壓變化減小,進(jìn)而形成了一種平衡(負(fù)反饋系統(tǒng))。
另外一個(gè)重要的寄生參數(shù)是漏極的感抗,主要是有內(nèi)部的封裝電感以及連接的電感所組成。
在開(kāi)啟狀態(tài)的時(shí)候Ld起到了很好的作用(Subber吸收的作用),開(kāi)啟的時(shí)候由于Ld的作用,有效的限制了di/dt/(同時(shí)減少了開(kāi)啟的功耗)。在關(guān)斷的時(shí)候,由于Ld的作用,Vds電壓形成明顯的下沖(負(fù)壓)并顯著的增加了關(guān)斷時(shí)候的功耗。
下面談一下驅(qū)動(dòng)(直連或耦合的)的一些重要特性和典型環(huán)節(jié):
直連電路最大挑戰(zhàn)是優(yōu)化布局
實(shí)際上驅(qū)動(dòng)器和MOS管一般離開(kāi)很遠(yuǎn),因此在源級(jí)到返回路徑的環(huán)路上存在很大的感抗,即使我們考慮使用地平面,那么我們?nèi)耘f需要一段很粗的PCB線連接源級(jí)和地平面。
另外一個(gè)問(wèn)題是大部分的集成芯片的輸出電流都比較小,因?yàn)橛捎诳刂祁l率較高,晶圓大小受到限制。同時(shí)內(nèi)部功耗很高也導(dǎo)致了IC的成本較高,因此我們需要一些擴(kuò)展分立的電路。
旁路電容的大小
由于開(kāi)啟的瞬間,MOS管需要吸取大量的電流,因此旁路電容需要盡可能的貼近驅(qū)動(dòng)器電源端。
有兩個(gè)電流需要我們?nèi)タ紤]:第一個(gè)是驅(qū)動(dòng)器靜態(tài)電流,它收到輸入狀態(tài)的影響。他可以產(chǎn)生一個(gè)和占空比相關(guān)的紋波。
另外一個(gè)是G極電流,MOS管開(kāi)通的時(shí)候,充電電流時(shí)將旁路電流的能量傳輸至MOS管輸入電容上。其紋波大小可用公式來(lái)表明,最后兩個(gè)可合在一起。
驅(qū)動(dòng)器保護(hù)
如果驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)為晶體管,那么我們還需要適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)來(lái)防止反向電流。一般為了成本考慮,我們采用NPN的輸出級(jí)電路。NPN管子只能承受單向電流,高邊的管子輸出電流,低邊的管子吸收電流。在開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)候,無(wú)可避免的源感抗和輸入電容之間的振蕩使得電流需要上下兩個(gè)方向都有通路,為了提供一條方向通路,低電壓的肖特基二極管可以用來(lái)保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí),這里注意這兩個(gè)管子并不能保護(hù)MOS管的輸入級(jí)(離MOS管較遠(yuǎn)),因此二極管需要離驅(qū)動(dòng)器引腳非常近。
晶體管的圖騰柱結(jié)構(gòu)
這是最便宜和有效地驅(qū)動(dòng)方式,此電路需要盡量考慮MOS管,這樣可以使得開(kāi)啟時(shí)大電流環(huán)路盡可能小,并且此電路需要專(zhuān)門(mén)的旁路電容。Rgate是可選的,Rb可以根據(jù)晶體管的放大倍數(shù)來(lái)選擇。兩個(gè)BE之間的PN結(jié)有效的實(shí)現(xiàn)了反壓時(shí)候的相互保護(hù),并能有效的把電壓嵌位在VCC+Vbe,GND-Vbe之間。
加速器件
MOS管開(kāi)通的時(shí)候,開(kāi)啟的速度主要取決于二極管的反向特性。
因此MOS管關(guān)斷的時(shí)間需要我們?nèi)?yōu)化,放電曲線取決于Rgate,Rgate越小則關(guān)斷越快。下面有好幾個(gè)方案:
1.二極管關(guān)斷電路
這是最簡(jiǎn)單的加速電路。Rgate調(diào)整著MOS管的開(kāi)啟速度,當(dāng)關(guān)斷的時(shí)候,由二極管短路電阻,此時(shí)G極電流最小為:Imin=Vf / Rgate 。
此電路的優(yōu)點(diǎn)是大大加速了關(guān)斷的速度,但是它僅在電壓高的時(shí)候工作,且電流仍舊流向驅(qū)動(dòng)器。
2.PNP關(guān)斷電路
這是最流行和通用的電路,利用PNP的管子,在關(guān)斷期間,源極和柵極被短路了。二極管提供了開(kāi)啟時(shí)候的電流通路(并且有保護(hù)PNP管子eb免受反向電壓的影響),Rgate限制了開(kāi)啟的速度。
電路的最大的好處是放電電流的尖峰被限制在最小的環(huán)路中,電流并不返回至驅(qū)動(dòng)器,因此也不會(huì)造成地彈的現(xiàn)象,驅(qū)動(dòng)器的功率也小了一半,三極管的存在減小了回路電感。
仔細(xì)看這個(gè)電路其實(shí)是圖騰柱結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化,電路的唯一的缺點(diǎn)是柵極電壓并不釋放到0V,而是存在EC極的壓差。
3.NPN關(guān)斷電路
優(yōu)點(diǎn)和上面的PNP管子相同,缺點(diǎn)是加入了一個(gè)反向器,加入反向器勢(shì)必會(huì)造成延遲。
4.NMOS關(guān)斷電路
這個(gè)電路可以使得MOS管關(guān)斷非常快,并且柵極電壓完全釋放至零電壓。不過(guò)小NMOS管子需要一個(gè)方向電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。 問(wèn)題也存在,NMOS的Coss電容和主MOS管的CISS合成變成等效的電容了。
推薦閱讀:
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- ADI電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制解決方案 驅(qū)動(dòng)智能運(yùn)動(dòng)新時(shí)代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 更高精度、更低噪音 GMCC美芝電子膨脹閥以創(chuàng)新?lián)屨夹袠I(yè)“制高點(diǎn)”
- 本立租完成近億元估值Pre-A輪融資,打造AI賦能的租賃服務(wù)平臺(tái)
- 中微公司成功從美國(guó)國(guó)防部中國(guó)軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書(shū):滿足歐盟無(wú)線電設(shè)備指令(RED)信息安全標(biāo)準(zhǔn)
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(九)——功率半導(dǎo)體模塊的熱擴(kuò)散
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
單向可控硅
刀開(kāi)關(guān)
等離子顯示屏
低頻電感
低通濾波器
低音炮電路
滌綸電容
點(diǎn)膠設(shè)備
電池
電池管理系統(tǒng)
電磁蜂鳴器
電磁兼容
電磁爐危害
電動(dòng)車(chē)
電動(dòng)工具
電動(dòng)汽車(chē)
電感
電工電路
電機(jī)控制
電解電容
電纜連接器
電力電子
電力繼電器
電力線通信
電流保險(xiǎn)絲
電流表
電流傳感器
電流互感器
電路保護(hù)
電路圖