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[电路/定理]

MOSFET开关电路的问题。

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楼主
本帖最后由 fovefeng 于 2015-10-10 10:07 编辑

很抱歉前几天忙着弄软件的东西。刚回过头来继续弄这个。
我之前一直是负责软件的工作更多一些,头一次被要求搭电路,很多都不懂,见笑了。
之前提问的时候没有上齐电路图,sorry。
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目的是在最快50KHz条件下进行开断,MOS我选择的是IRFP260N,对于MOS的驱动电路我选用了TC4421这个芯片,通过TTL进行控制,VDD选择了15V。在驱动电路不挂负载,也就是不接入MOS栅极的时候,输出上升时间大约为20ns,但是接入MOS后,上升时间会严重拉长,当我在源极挂上一个0.5欧姆的功率电阻作为负载,漏源加上2.5V左右的电压的时候,我检测功率电阻两端的波形如图所示。请问造成这种情况的原因是什么?怎么解决?
上升时刚开始的那个毛刺和下降时那个反弹的学名叫什么?如何解决?
希望高手帮帮忙。
//---------------------------------------------------------
电路图如图所示。
之前的图片已经删掉了。
现在的这六幅波形的图片是在D-S上挂了一个4148和一个10欧的电阻作为负载,测量电阻两端的电压得到的波形。
这个电路最终的应用是用来驱动某器件工作,所以挂了一个4148模拟将来需要驱动的器件。
10欧的电阻用来模拟未来实际应用时的采样电阻。
方波信号使用FPGA产生,通过TC4421驱动IFRP260N,TC4421的工作电压为15V,在D-S上负载为一个二极管加一个电阻,所有测量的波形均为负载的电阻两端的波形。
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按照 @oldzhang 的建议,现在用了漏极输出,测量负载两端的波形。最新的波形如图所示,波形上升时间在500ns之内,但下降时间较为诡异,下降后有一个反弹,然后再落地。

现在要解决的只剩下这个反弹的问题了。
由于漏极输出的波形和源极输出的波形以及输入的PWM的波形是反相的,所以想象一下源极输出的波形,就好像在mos导通以后,瞬间关断了下又导通了。
这种情况我和同学讨论了下,认为是寄生电感造成的,请问诸位在工程中遇到过这种波形吗?怎么解决?


201510103.jpg (205.75 KB )

漏极输出 上升

漏极输出 上升

710.tmp.jpg (43.94 KB )

漏极输出

漏极输出

201510102.jpg (198.87 KB )

漏极输出 下降

漏极输出 下降

201510101.jpg (183.69 KB )

漏极输出 整体

漏极输出 整体

113.jpg (183.44 KB )

源极处的波形

源极处的波形

TC4421.pdf

274.52 KB

TC4421手册

IR4427_datasheet.pdf

142.97 KB

IR4427手册

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沙发
maychang| | 2015-9-30 22:17 | 只看该作者
电原理图、你采用的驱动芯片资料等等,不贴出来,怎么能知道问题在哪里?

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板凳
xuplastic| | 2015-10-1 18:03 | 只看该作者
问题:功率电阻的电源驱动能力够吗?

毛刺和振铃是驱动信号耦合过去造成的,建议驱动端出口和门极加个几十欧小电阻

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地板
跃哥要来了| | 2015-10-2 22:21 | 只看该作者
看看电路图

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来自iPhone 4S
5
Siderlee| | 2015-10-9 11:05 | 只看该作者
学名叫震荡。。。。估计楼主的电路是手动搭的

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6
fovefeng|  楼主 | 2015-10-9 16:07 | 只看该作者
maychang 发表于 2015-9-30 22:17
电原理图、你采用的驱动芯片资料等等,不贴出来,怎么能知道问题在哪里? ...

Sorry,初来乍到不了解,现在补全了,麻烦看一下。

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7
fovefeng|  楼主 | 2015-10-9 16:08 | 只看该作者
xuplastic 发表于 2015-10-1 18:03
问题:功率电阻的电源驱动能力够吗?

毛刺和振铃是驱动信号耦合过去造成的,建议驱动端出口和门极加个几十 ...

谢谢您的帮助。
我之前已经在驱动端出口挂了一个10欧姆的电阻,是不是阻值有问题?

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8
fovefeng|  楼主 | 2015-10-9 16:09 | 只看该作者

已经上传了,麻烦帮着看一下。谢谢您。

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9
xuplastic| | 2015-10-9 17:26 | 只看该作者
走线尽量短,短到不能再短,同时尽量粗,主要是短,这个很关键!

10欧电阻有点小,这个和你走线长度有关,越长阻值越大,我一般27或者47,元件最好全贴片,减少寄生电感

先说源极输出吧,也就是mos管放在负载上面,打开是很快的,关闭太慢,这是因为关闭后,电路中残存的电荷只能通过4148和10欧电阻慢慢泄放到地平面,可能主要是4148,这货是小信号二极管,内阻不小,不知你放在这里作甚?

建议采用漏极输出,也就是mos放在负载下面

还有退耦电容不要省,右边那个vcc也要有大小电容配合退藕的!同时也要尽量靠近芯片引脚

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10
fovefeng|  楼主 | 2015-10-9 17:54 | 只看该作者
Siderlee 发表于 2015-10-9 11:05
学名叫震荡。。。。估计楼主的电路是手动搭的

:lol试着手动搭过推挽输出的电路,毛病很多,最终用了TC4421这个IC,现在补全了一下电路图和波形图,麻烦帮看一下。

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11
fovefeng|  楼主 | 2015-10-9 17:57 | 只看该作者
xuplastic 发表于 2015-10-9 17:26
走线尽量短,短到不能再短,同时尽量粗,主要是短,这个很关键!

10欧电阻有点小,这个和你走线长度有关, ...

我这个电路最终是要对某些器件进行测试的,将小信号二极管放在那里其实就是为了模拟待测器件,负载电阻就是模拟采样电阻。
现在正刚开始搭电路,所以用的并不是贴片的,您说的很对,寄生电感的因素我并没有想到。
我这就去修改一下电阻值,再加一下退藕电容。
感谢您的耐心回答。:hug:

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12
maychang| | 2015-10-9 18:24 | 只看该作者
fovefeng 发表于 2015-10-9 16:07
Sorry,初来乍到不了解,现在补全了,麻烦看一下。

TC4421的datasheet,你要我去搜索然后下载?

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13
fovefeng|  楼主 | 2015-10-9 18:38 | 只看该作者
maychang 发表于 2015-10-9 18:24
TC4421的datasheet,你要我去搜索然后下载?

sorry sorry 忘记附上了 :P:P 这次应该可以了

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14
maychang| | 2015-10-9 19:55 | 只看该作者
“图片中横坐标一个小格为10us,由图可见上升时间已经达到了10us左右”
确实不能接受。
上升时间,未接入MOS管时据首帖说是20ns,接入MOS后成了10us,可能的原因:一是你的TC4421损坏,这种可能性很小;另一个可能是10欧电阻用错成了较大电阻(千欧)。别的原因,还没有想出来。

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15
oldzhang| | 2015-10-9 21:21 | 只看该作者
问题的来源是源极输出,4421的驱动很大,源极输出会把G极的波形“跟随”过去
源极输出的负载有很强的负反馈。

NMOSFET做开关,很少有源极输出的电路。

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16
fovefeng|  楼主 | 2015-10-10 09:38 | 只看该作者
本帖最后由 fovefeng 于 2015-10-10 09:44 编辑
oldzhang 发表于 2015-10-9 21:21
问题的来源是源极输出,4421的驱动很大,源极输出会把G极的波形“跟随”过去
源极输出的负载有很强的负反馈 ...

恩恩,首先谢谢您的回答。:)
当初选择MOSFET DRIVER IC的时候,我特地寻找的驱动能力比较强大的IC,所以使用的这个4421。
按照4421的DATASHEET:
Fast Rise and Fall Times:
- 30 ns with 4,700 pF Load
- 180 ns with 47,000 pF Load
High Peak Output Current: 9A
High Continuous Output Current: 2A Max
以上是4421的驱动能力,在先前我的理解里,对于同一种mosfet,栅压相同的情况下,电流越大,mos的开启速度越快。但是从您的回答里来看,似乎并不是这样,过大的驱动能力不利于mos 的高速开断。
首先请教下倘若以后选择 mos driver ,应该怎么选择参数?以这个电路为例,最终希望在D-S上走20A的情况下进行高速的开断,应该怎么选择?
手头还有个驱动芯片是IR4427,其手册已经加入了附件,这个芯片和4421比如何?希望不吝赐教。:P谢谢您
//------------------------------------------------------------------------------
按照您的建议,我现在去弄回漏极输出,再拍一下新的波形给您看一下。

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17
fovefeng|  楼主 | 2015-10-10 10:14 | 只看该作者
maychang 发表于 2015-10-9 19:55
“图片中横坐标一个小格为10us,由图可见上升时间已经达到了10us左右”
确实不能接受。
上升时间,未接入MO ...

:P十分感谢老师的回答。
在首贴中10us 的上升时间的问题最终找出来了,很让人哭笑不得:
当时我负载使用的是一个水泥功率电阻,那个电阻上有一个十分难以发现的小裂缝,这个小裂缝导致的寄生电容非常大,所以让上升时间延长到了10us左右,更换了新的负载以后上升时间就正常了。:P
现在根据@oldzhang的建议,我采用了漏极输出的电路,最新的波形如图所示。
测量负载两端的波形,在下降时间里,能看到非常明显的反弹,由于这个波形与PWM和源极输出是反相的,所以可以理解为就是MOS先开启了一下,之后关断,再开启,才会造成这样的波形。
我和同学讨论认为是寄生的电感对电流的变化有个阻碍的作用所以导致了这种波形。您觉得对吗?
您遇到过这种波形吗?有什么办法解决吗?
再次表示感谢。

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18
maychang| | 2015-10-10 10:44 | 只看该作者
fovefeng 发表于 2015-10-10 10:14
十分感谢老师的回答。
在首贴中10us 的上升时间的问题最终找出来了,很让人哭笑不得:
当时我负载使用 ...

果然是电阻变值造成的问题。

不知道你的电路机械结构如何,驱动信号源(FPGA)到TC4421的距离意见TC4421到MOS管的距离,彼此联接是什么类型的导线,还有地线是什么样的导线。
这种“反弹”还有衰减振荡,都是电路中寄生电感和寄生电容引起的。从信号源到MOS距离尽量短,可以减轻衰减振荡。电源去耦的两支电容C2和C3距离TC4421也要尽量近一些。另外,门极到源极电阻1M欧,不起什么作用。建议千欧或者更小一些,可以提供较强的阻尼。

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19
oldzhang| | 2015-10-10 19:47 | 只看该作者
TC4426,4427,4428的驱动电流达到1.5A,区别只是逻辑不同
其实一般MOSFET有500mA的驱动就够了,4427绝对够用,4421电流太大

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