mos驱动汇总情况情况

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MOS原理及驱动

MOS原理及驱动

一、MOS管驱动电路综述在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素。

这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不允许的。

1、MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N 沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。

至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。

对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。

原因是导通电阻小,且容易制造。

所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。

下面的介绍中,也多以NMOS为主。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。

寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍。

在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。

这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要。

顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。

2、MOS管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。

NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。

但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

3、MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。

选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。

MOS管驱动电路总结

MOS管驱动电路总结

MOS管驱动电路总结MOS(金属氧化物半导体)管驱动电路是一种常见的功率电子器件,用于驱动高功率负载或控制功率器件的开关。

它通过电路中的MOS管(也称为MOSFET)来实现开关效果。

MOSFET驱动电路的设计与应用具有重要意义,下面是对MOS管驱动电路的总结。

一、MOS管的基本原理MOS管是一种具有与传统晶体管相似结构的半导体器件。

它的核心部分是氧化层上的金属层和半导体基区。

MOS管通过改变基区和导通层之间的电阻来实现开关效果。

MOS管具有低输入电阻、高输入阻抗、快速开关速度和较低的功耗等优势。

二、MOS管的驱动方式1.直流驱动:直流驱动方式是最简单的方式,只需将DC信号连接到MOS管的栅极,使其在正常工作区域内工作。

直流驱动方式适用于低频应用。

2.求幅驱动:幅度驱动方式是通过向MOS管的栅极施加一个脉宽调制信号来控制其导通和关闭状态。

脉宽调制信号的幅度决定了MOS管的开启程度,从而控制输出信号的幅度。

求幅驱动方式适用于一些需要调整信号幅度的应用。

3.双电源驱动:双电源驱动方式使用两个电源分别给MOS管的源极和栅极提供电压。

这种驱动方式可以保持MOS管在稳态工作区域内,避免其处于截止区或饱和区,从而提高工作效率。

三、MOS管驱动电路的设计要点1.选择适当的驱动电路结构和元件:常见的MOS管驱动电路结构包括共射极结构、共源结构和H桥结构。

不同结构适用于不同的应用场景。

此外,还需选择合适的电阻、电容和二极管等元件。

2.考虑驱动电源和信号电源的匹配:驱动电路的电源电压应与MOS管的额定电压匹配,以确保稳定可靠的工作。

此外,还需注意输入信号的频率和幅度与驱动电路的匹配性。

3.保护电路的设计:由于MOS管具有较高的功率特性,对驱动电路的保护显得尤为重要。

常见的保护电路包括过流保护、过温保护、过压保护和短路保护等。

4.电流放大器的设计:为了提高MOS管的驱动能力,通常需要使用电流放大器来增大输出电流,从而驱动更大的负载。

MOSFET的驱动技术详解

MOSFET的驱动技术详解

MOSFET的驱动技术详解simtriex/simplis仿真电路用软件MOSFET作为功率开关管,已经是是开关电源领域的绝对主力器件。

虽然MOSFET作为电压型驱动器件,其驱动表面上看来是非常简单,但是详细分析起来并不简单。

下面我会花一点时间,一点点来解析MOSFET的驱动技术,以及在不同的应用,应该采用什么样的驱动电路。

首先,来做一个实验,把一个MOSFET的G悬空,然后在DS上加电压,那么会出现什么情况呢?很多工程师都知道,MOS会导通甚至击穿。

这是为什么呢?我根本没有加驱动电压,MOS怎么会导通?用下面的图1,来做个仿真;去探测G极的电压,发现电压波形如图2所示。

图1图2这种情况有什么危害呢?实际情况下,MOS肯定有驱动电路的么,要么导通,要么关掉。

问题就出在开机,或者关机的时候,最主要是开机的时候,此时你的驱动电路还没上电。

但是输入上电了,由于驱动电路没有工作,G级的电荷无法被释放,就容易导致MOS导通击穿。

那么怎么解决呢?在GS之间并一个电阻。

其仿真的结果如图4。

几乎为0V。

图3图4什么叫驱动能力,很多PWM 芯片,或者专门的驱动芯片都会说驱动能力,比如384X 的驱动能力为1A,其含义是什么呢?假如驱动是个理想脉冲源,那么其驱动能力就是无穷大,想提供多大电流就给多大。

但实际中,驱动是有内阻的,假设其内阻为10欧姆,在10V 电压下,最多能提供的峰值电流就是1A,通常也认为其驱动能力为1A。

那什么叫驱动电阻呢,通常驱动器和MOS 的G 极之间,会串一个电阻,就如下图5的R3。

图5对上图进行仿真,R3分别取1欧姆,和100欧姆。

下图6是MOS 的G 极的电压波形上升沿。

图7是驱动的下降沿(G 极电压)。

图6图7驱动电阻的作用,如果你的驱动走线很长,驱动电阻可以对走线电感和MOS 结电容引起的震荡起阻尼作用。

但是通常,现在的PCB 走线都很紧凑,走线电感非常小。

第二个,重要作用就是调解驱动器的驱动能力,调节开关速度。

mos管驱动震荡的原因

mos管驱动震荡的原因

mos管驱动震荡的原因
MOS 管驱动震荡是一种电路故障,它是由于 MOSFET 引起的电容
性耦合导致的。

这种情况下,当输出端口收到一小段时间的开关信号,将会产生一个相位偏移,使得从输入端口再次发送到输出端口的时间
间隙变化,这样就形成了一个正反馈回路,使得输出端口自动驱动自
身开关,形成连续的高低电平状态,也就是所谓的驱动震荡的现象。

MOS 管驱动震荡的原因可以总结为三个方面:
1、MOSFET 的电容耦合。

MOS 管是由金属氧化物半导体和多个控
制电容组成的三端管,它们之间存在一定的电容性耦合。

当输入端口
收到一小段时间的开关信号时,将通过电容耦合传递到输出端,这样
就形成了一个正反馈的回路,从而导致 MOS 管的驱动震荡。

2、管芯特性不匹配。

MOSFET 和 BJT 一样,有AC 动态特性和 DC 静态特性,如果不能进行充分的特性匹配,也会导致发生电路意外的
故障。

例如,MOS 管的静态参数(包括泄漏电流、漏电流系数和输入
电容等)与 BJT 的静态参数不同,可能会导致 MOSFET 驱动震荡。

3、负反馈回路频率特性。

由于 MOSFET 的 AC 性能不同于 BJT,
当负反馈回路中加入了一定的延时,使得输出端口可以接收到来自输
入端口的同样的信号,但是两者之间的时间差别就可能导致正反馈回
路形成,从而导致 MOSFET 驱动震荡。

几种MOS管的驱动问题

几种MOS管的驱动问题

这种驱动电路仅适合于信号频率小于 100kHz 场合,因信号频率相对载波频率太高的 话,相对延时太多,且所需驱动功率增大,UC3724 和 UC3725 芯片发热厉害温升较高,故 100kHz 以上开关频率仅对较小极电容的 MOSFET 才可以。 对于 1kVA 左右开关频率小于 100kHz 场合,它是一种性能良好的驱动电路。 该电路具有以下特点: 单电源工作,控制信号与驱动实现隔离,结构简 单尺寸较小,尤其适用于占空比变化莫测或信号频率也变化的场合。 3 结语 本文介绍的几种 MOSFET 驱动电路均有以下优点: 结构较简单可靠;单电源工作;适用于中小功率开关电源。 以上电路均已应用到不同功率的实际 开关电源的原理样机中,经过了实验的检验。
但该电路所存在的一个较大缺点是输出电压的幅值会随着占空比的变化而变化。当 D 较小时,负向电压小,

电路的抗干扰性变差,且正向电压较高,应该注意使其幅值不超过 MOSFET 栅极的允许电压。当 D 大于 0.5 时驱动电压正向电压小于其负向电压, 此时应该注意使其负电压值不超过 MOSFET 栅极的允许电压。 所以该电路比较适用于占空比固定或占空比变化范围不大以及占空比小于 0.5 的场 合。
当 V1 导通时,V2 关断,两个 MOSFET 中的上管的栅、源极放电,下管的栅、源极充电,即上管关断、下管导通,则被驱动的功率管关断;反之 V1 关 断时,V2 导通,上管导通,下管关断,使驱动的管子导通。因为上下两个管子的栅、源极通过不同的回路弃、放电,包含有 V2 的回路由于 V2 会不 断退出饱和直至关断,所以对于 S1 而言导通比关断要慢,对于 S2 而言导通比关断要快,所以两管发热程度也不完全一样,S1 比 S2 发热要严重。 该驱动电路的缺点是需要双电源,且由于 R 的取值不能过大,否则会使 V1 深度饱和,影响关断速度,所以 R 上会有一定的损耗。 还有一种与其相类似的电路如图 2(b)所示,改进之处在于它只需要单电源。其产生的负压由 5.2V 的稳压管提供。同时 PNP 管换成 NPN 管。在该 电路中的两个 MOSFET 中,上管的发热情况要比下管较轻,其工作原理同上面分析的驱动电路,故不再赘述。

mos在电机驱动中的作用_概述说明以及概述

mos在电机驱动中的作用_概述说明以及概述

mos在电机驱动中的作用概述说明以及概述1. 引言1.1 概述本文的主题是"MOS在电机驱动中的作用",旨在介绍MOS(金属氧化物半导体)在电机驱动领域中的重要性和应用。

文章将详细分析MOS的基本原理、在电机驱动中的应用场景以及其优势和局限性。

同时,文章还将探讨MOS 与传统驱动技术的对比,以及MOS在电机控制系统中所扮演的角色,并阐述它对电机性能和效率的影响。

1.2 文章结构文章分为四个主要部分来呈现研究内容。

首先,在"2. MOS在电机驱动中的作用"部分,我们会介绍MOS的基本原理,阐明其在电机驱动中所起的关键作用,并列举一些常见的应用场景。

然后,在"3. 概述说明"部分,我们将对比MOS与传统驱动技术,探讨MOS在电机控制系统中所扮演的角色,并解释其对电机性能和效率产生的影响。

接下来,在"4. 主要要点一"部分,我们会详细讲解第一个主要要点,并进一步拆分为三个子要点进行论述。

最后,在"5. 主要要点二"部分,我们将深入探讨第二个主要要点,并同样拆分为三个子要点进行逐一阐述。

1.3 目的本文的目的在于全面介绍和解析MOS在电机驱动中的作用。

通过本文的阅读,读者将了解MOS技术的背景和基本原理,并对其在电机驱动领域中的应用有更加清晰的认识。

此外,文章还旨在比较MOS与传统驱动技术之间的区别,探讨MOS在电机控制系统中所扮演的角色以及其对电机性能和效率产生的影响。

通过深入研究和理解MOS在电机驱动中的作用,读者将能够更好地应用该技术于实际工程项目,并从中获益。

2. MOS在电机驱动中的作用2.1 MOS的基本原理MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)是一种半导体场效应管,由金属、氧化物和半导体材料组成。

它是一种控制型开关,可以将输入信号转化为输出控制功率的装置。

MOS具有两个重要的工作区域:截止区和饱和区。

MOS管驱动电路综述连载

相对通用的电路电路图如下:图1 用于NMOS的驱动电路图2 用于PMOS的驱动电路这里只针对NMOS驱动电路做一个简单分析:Vl和Vh分别是低端和高端的电源,两个电压可以是相同的,但是Vl不应该超过Vh。

Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱,用来实现隔离,同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。

R2和R3提供了PWM电压基准,通过改变这个基准,可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置。

Q3和Q4用来提供驱动电流,由于导通的时候,Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降,这个压降通常只有0.3V左右,大大低于0.7V的Vce。

R5和R6是反馈电阻,用于对gate电压进行采样,采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈,从而把gate电压限制在一个有限的数值。

这个数值可以通过R5和R6来调节。

最后,R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制,R4提供了对MOS管的gate电流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制。

必要的时候可以在R4上面并联加速电容。

这个电路提供了如下的特性:1,用低端电压和PWM驱动高端MOS管。

2,用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管。

3,gate电压的峰值限制4,输入和输出的电流限制5,通过使用合适的电阻,可以达到很低的功耗。

6,PWM信号反相。

NMOS并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决。

在设计便携式设备和无线产品时,提高产品性能、延长电池工作时间是设计人员需要面对的两个问题。

DC-DC转换器具有效率高、输出电流大、静态电流小等优点,非常适用于为便携式设备供电。

目前DC-DC转换器设计技术发展主要趋势有:(1)高频化技术:随着开关频率的提高,开关变换器的体积也随之减小,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善。

小功率DC-DC转换器的开关频率将上升到兆赫级。

(2)低输出电压技术:随着半导体制造技术的不断发展,微处理器和便携式电子设备的工作电压越来越低,这就要求未来的DC-DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的要求。

超高速mos导致驱动不工作的原因-概述说明以及解释

超高速mos导致驱动不工作的原因-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容应该对超高速MOS导致驱动不工作的问题进行一个简要的介绍,并提出本文主要讨论的内容。

可以参考以下示例:1.1 概述超高速MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)是一种先进的半导体器件,具有较高的速度和性能优势。

然而,在实际应用中,我们有时会遇到驱动不工作的问题,这给电子设备的正常运行带来了一定的挑战。

在本文中,我们将深入探讨超高速MOS导致驱动不工作的原因。

首先,我们将介绍超高速MOS的定义与特点,以便读者能够更好地理解后续内容。

然后,我们将列举一些常见的导致驱动不工作的原因,涵盖了硬件和软件两个方面。

通过深入研究这些原因,我们可以更好地理解超高速MOS的特性和限制,并为解决这些问题提供有益的参考和建议。

本文的目的是帮助读者更好地理解超高速MOS导致驱动不工作的原因,并在实际应用中遇到类似问题时,能够通过合理的方法进行排查和解决。

通过对这一问题的深入探讨,我们也可以为超高速MOS的进一步发展提供一定的参考和展望。

在接下来的章节中,我们将详细介绍超高速MOS的定义与特点,并分析导致驱动不工作的常见原因。

最后,我们将对全文进行总结,并展望超高速MOS驱动不工作的原因在未来的解决方向。

让我们一起深入探讨这一有趣且具有挑战性的话题。

1.2文章结构文章结构:本文将从以下几个方面来探讨超高速MOS导致驱动不工作的原因。

首先,我们将介绍超高速MOS的定义和其特点,以便读者能够更加全面地了解与理解这项技术。

接着,我们将详细讨论导致驱动不工作的常见原因,包括电压波动、温度过高、信号干扰等等。

此外,我们还将分析这些原因对驱动造成的影响,并尝试提供一些解决方案和建议。

最后,我们将综合总结文章的内容,并对超高速MOS导致驱动不工作的原因进行展望,探讨未来可能的解决方案和发展方向。

总之,通过本文的阐述,希望能够为读者提供更多关于超高速MOS 导致驱动不工作的原因的了解,并为相关领域的工程师和研究人员提供一些有益的参考和启发。

MOS管驱动设计及不良分析

MOS管驱动设计及不良分析MOS管驱动设计一般认为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,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。

需要注意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管驱动不良分析布线设计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。

mos管栅极驱动振荡现象原因及解决方法

mos管栅极驱动振荡现象原因及解决方法嘿,咱今儿就来聊聊 MOS 管栅极驱动振荡现象这档子事儿!你知道不,这就好比一辆车在高速上跑着跑着突然晃悠起来了,让人心里直发毛!那为啥会出现这振荡现象呢?其实啊,原因有好几个呢!就好像一个复杂的谜团。

一方面呢,可能是驱动电路设计得不太合理,就像给车子配了个不合适的方向盘,能不晃悠嘛!另一方面,MOS 管自身的参数特性也可能在捣乱呀,这就好比车子本身有点小毛病,跑起来就不那么稳当了。

还有啊,外界的干扰也可能来掺和一脚,就跟路上突然刮来一阵怪风似的,让车子摇摆不定。

那咱咋办呢?总不能任由它这么振荡下去吧!别急,办法总比困难多呀!咱可以从驱动电路入手,精心设计,让它更合理更稳定,就像给车子换上一个超棒的方向盘。

咱也得好好挑选 MOS 管,找个“身强体壮”不容易出毛病的,这就好比给车子选个质量过硬的发动机。

而且啊,对于那些外界干扰,咱得做好防护措施呀,就像给车子装上一层保护罩,把那些干扰都挡在外面。

比如说,咱可以增加一些滤波电容,这就好比给电路装上了减震器,把那些不必要的波动都给过滤掉。

或者调整一下驱动信号的频率和幅度,让它更适合 MOS 管,这不就跟给车子调整油门和挡位一样嘛!还有呢,布线也很重要啊,得把那些线整得规规矩矩的,别让它们互相干扰,这就像把车里的线路都整理得井井有条。

你想想看,如果不解决这振荡现象,那会带来多少麻烦呀!设备运行不稳定,说不定啥时候就出故障了,那多闹心啊!咱可不能让这小小的振荡现象坏了大事儿。

所以啊,一定要重视起来,把它彻底解决掉!总之呢,对于 MOS 管栅极驱动振荡现象,咱得搞清楚原因,然后对症下药,用各种方法把它搞定!让我们的电路像一辆稳稳当当行驶在高速上的汽车一样,顺畅又可靠!可别小瞧了这振荡现象,处理好了,那可是大功劳一件呢!。

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大功率开关电源中功率MOSFET的驱动技术功率MOSFET具有导通电阻低、负载电流大的优点,因而非常适合用作开关电源(switch-mode power supplies,SMPS)的整流组件,不过,在选用MOSFET时有一些注意事项。

功率MOSFET和双极型晶体管不同,它的栅极电容比较大,在导通之前要先对该电容充电,当电容电压超过阈值电压(VGS-TH)时MOSFET才开始导通。

因此,栅极驱动器的负载能力必须足够大,以保证在系统要求的时间内完成对等效栅极电容(CEI)的充电。

在计算栅极驱动电流时,最常犯的一个错误就是将MOSFET的输入电容(CISS)和CEI混为一谈,于是会使用下面这个公式去计算峰值栅极电流。

I = C(dv/dt)实际上,CEI的值比CISS高很多,必须要根据MOSFET生产商提供的栅极电荷(QG)指标计算。

QG是MOSFET栅极电容的一部分,计算公式如下:QG = QGS + QGD + QOD其中:QG--总的栅极电荷QGS--栅极-源极电荷QGD--栅极-漏极电荷(Miller)QOD--Miller电容充满后的过充电荷典型的MOSFET曲线如图1所示,很多MOSFET厂商都提供这种曲线。

可以看到,为了保证MOSFET导通,用来对CGS充电的VGS要比额定值高一些,而且CGS也要比VTH 高。

栅极电荷除以VGS等于CEI,栅极电荷除以导通时间等于所需的驱动电流(在规定的时间内导通)。

用公式表示如下:QG = (CEI)(VGS)IG = QG/t导通其中:●QG 总栅极电荷,定义同上。

●CEI 等效栅极电容●VGS 删-源极间电压●IG 使MOSFET在规定时间内导通所需栅极驱动电流MOSFET 驱动器的功耗对MOSFET 的栅极进行充电和放电需要同样的能量,无论充放电过程快或慢(栅极电压的上升和下降)。

因此,MOSFET 驱动器的电流驱动能力并不影响由MOSFET 栅极的容性负载产生的驱动器功耗。

MOSFET 驱动器的功耗包含三部分:1. 由于MOSFET栅极电容充电和放电产生的功耗。

公式1 :PC = CG ×VDD2 ×F其中:CG = MOSFET 栅极电容VDD = MOSFET 驱动器电源电压(V)F = 开关频率2. 由于MOSFET 驱动器吸收静态电流而产生的功耗。

公式2:PQ = (IQH ×D+ IQL ×(1 -D ) )×VDD其中:IQH = 驱动器输入为高电平状态的静态电流D = 开关波形的占空比去IQL = 驱动器输入为低电平状态的静态电流3. MOSFET 驱动器交越导通(穿通)电流产生的功耗。

公式3:PS = CC F V××DD其中:CC = 交越常数(A*sec)从上述公式推导得出,三部分功耗中只有一个与MOSFET栅极电容充电和放电有关。

这部分功耗通常是最高的,特别在很低的开关频率时。

为了计算公式1 的值,需要知道MOSFET 栅极电容。

MOSFET 栅极电容包含两个电容:栅源电容和栅漏电容(密勒电容)。

通常容易犯的错误是将MOSFET 的输入电容(CISS)当作MOSFET 总栅极电容。

确定栅极电容的正确方法是看MOSFET 数据手册中的总栅极电容(QG)。

这个信息通常显示在任何MOSFET 的电气特性表和典型特性曲线中。

表1 显示了500V、14A、N 沟道MOSFET 的栅极电容在数据手册中的典型示例。

要留意数据手册表中给出的数值与它们的测试条件有关:栅极电压和漏极电压。

这些测试条件影响着栅极电荷的值。

图1 显示同一个MOSFET 在不同栅极电压和漏极电压下栅极电荷的典型特性曲线。

应确保用来计算功耗的栅极电荷值也满足应用条件。

从图1 的曲线中选取VGS = 10V 的典型值,我们得到总栅极电荷为98 nC (VDS = 400V)。

利用Q = C * V 关系式,我们得到栅极电容为9.8 nF,这大大高于表1 中列出的2.6 nF 的输入电容。

这表明当计算栅极电容值时,总栅极电容值应从总栅极电荷值推导而来。

当使用电气特性表中栅极电荷的最大值来进行最坏情况设计时,这个值应根据设计中的漏源电压和栅源电压进行调整。

利用表1 给出的MOSFET 信息并以图1 为例,在VGS为12V,开关频率F = 250 kHz 和漏源电压为400V 时,由MOSFET 栅极电容的充放电而产生的MOSFET 驱动器的功耗为:通过使用图1 的曲线并找到12V 时对应的QG 值可以得到CG 的值。

用QG 除以12V 就得到CG 的值。

已知QG等于CG * VG,PC 公式可重写为:需要特别留意的是,公式中的电压被取了平方。

因此,减小栅极驱动电压可以显著减小驱动器的功耗。

对于一些MOSFET,栅极驱动电压超过8V 至10V 并不会进一步减小MOSFET 电阻(RDS-ON)。

以上述MOSFET 为例,10V 栅极驱动电压时功耗为:栅极电压减小了16% (从12V 减小至10V),而得到的由栅极驱动的功耗减小了28%。

进一步可以看到由于栅极电压减小,也降低了交越传导损耗。

公式3 显示由于MOSFET 驱动器交越导通而产生的功耗,通常这也被称为穿通。

这是由于输出驱动级的P 沟道和N 沟道场效应管(FET)在其导通和截止状态之间切换时同时导通而引起的。

交越导通特性在MOSFET驱动器数据手册中显示为“交越能量—电源电压”典型特性曲线。

图2 给出了这个曲线示例。

交越常数的单位通常为安培- 秒(A*sec)。

这个数值与工作频率相乘得到平均电流值。

图2 证明了先前讨论的这一点。

也就是,当偏置电压增加时,交越常数也增加,因此驱动器的功率消耗(由于交越导通)也增加。

反之,减小驱动器电压导致驱动器功耗减小。

需要留意的一点是当使用双路驱动器时,交越常数通常表示驱动器两部分的工作。

如果只使用了驱动器的一部分,或者驱动器的两部分工作在不同的频率,对于驱动器每部分的计算,只需要采用这个值的一半。

以图2 所示的信息为例,我们假设这是单输出驱动器,工作VDD 为12V,工作频率为250 kHz。

基于上述曲线,交越常数定为5.2*10-9。

对于这个驱动器,在这个电压和频率下工作,其功率消耗相对微不足道。

通常,当驱动器的电流驱动能力增加时,由于穿通电流导致的损耗也相应增加。

这些损耗可能很大,必须在选择MOSFET 驱动器封装时加以考虑。

Microchip 提供表贴和引脚穿孔的封装,有8 引脚MSOP,8 引脚DFN 和5 引脚TO-220 封装,便于工程师选择最适合应用的封装。

管芯对栅极电容的影响可以想见,MOSFET 管芯的尺寸越大,栅极电荷的影响就越大。

只要翻翻任何生产厂家的数据手册就可以证明这一点。

在管芯尺寸与栅极电荷关系上,您会发现:管芯尺寸增加,总栅极电荷也增加。

随着硅片技术的进步,新MOSFET 可能与老器件具有相同的管芯尺寸,却具有较少的总栅极电荷。

然而,采用相同硅片技术的MOSFET 仍然使用于这个基本准则,即管芯尺寸增加,栅极充电所需的能量也增加。

管芯尺寸经常表示为Hex 尺寸。

下列表2 给出了不同MOSFET Hex 尺寸下典型管芯尺寸和总栅极电容值。

现在许多供应商也提供“低栅极电荷”版本的MOSFET,可以提供更快的开关时间和更低的栅极充电损耗。

这些器件可以使应用工作在更高的速度,而的功率MOSFET 的开关损耗更低,并且MOSFET 驱动器的栅极电荷损耗也更低。

峰值电流驱动的需求针对MOSFET 驱动器的讨论主要是考虑内部和外部因素而导致MOSFET 驱动器产生功耗。

所以必须计算出MOSFET驱动器的功率损耗,进而利用计算值为驱动器选择正确的封装和计算结温。

在应用中使MOSFET 驱动器与MOSFET 匹配主要是根据功率MOSFET 导通和截止的速度快慢(栅极电压的上升和下降时间)。

任何应用中优化的上升/ 下降时间取决于很多因素,例如EMI(传导和辐射),开关损耗,引脚/ 电路的感抗,以及开关频率等。

MOSFET 导通和截止的速度与MOSFET 栅极电容的充电和放电速度有关。

MOSFET 栅极电容、导通和截止时间与MOSFET 驱动器的驱动电流的关系可以表示为:前面已知栅极电荷的关系为:上面的公式可重写为:上述公式假设电流(I)使用的是恒流源。

如果使用MOSFET驱动器的峰值驱动电流来计算,将会产生一些误差。

MOSFET 驱动器以驱动器的输出峰值电流驱动能力来表示。

这个峰值电流驱动能力通常在两个条件之一下给出。

这两个条件为MOSFET 驱动器输出短路到地或MOSFET驱动器输出处于某一特定电压值(通常为4V,因为这是MOSFET 开始导通并且密勒效应开始起作用时的栅极门限电压)。

通常,峰值电流也表示在器件最大偏置电压下的电流。

这意味着如果MOSFET 驱动器工作在较低的偏置电压,MOSFET 驱动器的峰值电流驱动能力会降低。

设计示例:利用下列设计参数,可以计算出MOSFET 驱动器的峰值驱动电流:使用前面推导的公式:这个公式得出的峰值驱动电流为0.5A。

然而,设计参数中栅极驱动电压为12V。

在选择合适的驱动器时,这个参数也应在考虑之中。

例如,您选择的驱动器在18V 时标称电流为0.5A,则在12V 时,其峰值输出电流将小于0.5A。

基于这个原因,对于这个特殊的应用,应选择在峰值输出电流为1.0A 的驱动器。

同时还需要考虑在MOSFET 驱动器和功率MOSFET 栅极之间使用外部电阻,因为这会减小驱动栅极电容的峰值充电电流。

这种驱动的配置如图4 所示。

使用MOSFET驱动器时可以采用许多不同的电路配置。

很多时候,由于高的峰值电流、驱动电压快的上升/ 下降时间以及电路板上长走线引起的电感,需要考虑额外的钳位电路。

图3 至图6 显示了经常使用的栅极驱动电路典型配置。

最理想的MOSFET 驱动器电路如图3 所示。

这种配置常用于升压(boost)、反激式和单开关的正激开关电源拓扑结构中。

采用正确的布板技巧和选择合适的偏置电压旁路电容,可以使MOSFET 栅极电压得到很好的上升和下降时间。

除了在偏置电压增加本地旁路电容外,MOSFET 驱动器的良好铺地也很重要。

使用电阻限制峰值电流在许多栅极驱动应用中,也可能需要限制栅极驱动的峰值,以降低栅极电压的上升。

通常这可以降低由于MOSFET 漏极电压的快速上升斜率导致的EMI 噪声。

通过改换具有更低峰值电流的MOSFET 驱动器或增加一个串联栅极驱动电阻,如图4 所示,就可以减缓MOSFET 栅极电压的上升和下降时间 .图5:当电路板走线长时使用齐纳二极管来钳位电压在MOSFET 驱动器并没有放置在它所驱动的MOSFET 附近的应用中,驱动器的输出与MOSFET 的栅极之间存在电感,这会导致MOSFET栅极电压振荡而超过VDD和低于地(GND)。

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