[DCDC] 请教一个BUCK电路中PMOS驱动问题

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 楼主 | 2019-12-6 16:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
背景:异步BUCK,功率器件为PMOS。采用以下驱动电路。PMOS参数:Qg=75nC,Ciss=6460pF,Coss=719pF,Crss=535pF

49c02cb11d1c747033d2411ce9f04f1d.png
PWM为来自控制器的3.3V驱动信号,MOSG接PMOS的栅极G。
PWM高电平时,Q2饱和导通,PNP管Q4饱和导通,从MOSG抽取电荷,PMOS导通。
PWM低电平时,Q2截止,输入电压一方面通过VIN->R7->R3->D3回路向MOSG注入电流,该回路电阻很大超过50k。
另一方面通过VIN->R7->C3->Q3使Q3饱和导通,Q3饱和导通以后,经过VIN->Q3->D3回路向MOSG注入电流,加快PMOS关断,这个回路电阻很低。
以上是原理简单分析,不准确的请指正。

测试过程中发现某些工况下PMOS的漏极(D)网络标号记为SW,关断信号异常,具体表现为关断时间大大延长,明显超过开通时间,按照设计,关断过程应该快于开通过程。
如下图,通道2为SW网络对GND电压,绿色的通道4为PMOS的栅极对地电压。明显可以看到通道2的下降沿,斜率明显低于上升沿。PMOS栅极关断时,电压在miller平台持续比较长的时间,然后以很慢的斜率继续上升。
b94643d508a6fa56322ede9bfa4c870f.png

进一步测试发现,示波器探针点Q3的发射极前后,MOSG的电压变化比较大,如下图所示:
10-SW-MOSG连接Q3E前后对比.png
通道4绿色为Q3的发射极电压,该波形正常,最高电压接近输入电压VIN=8V。
通道1黄色为示波器探针点Q3发射极时的MOSG网络电压,这个看起来是正常的。
通道R1为去掉示波器探针的MOSG网络电压。
仔细观察可以发现,通道1和R1波形,在进入miller平台之前,两个电压是完全重合的,miller电压平台结束之后,出现比较大的差异,通道1电压继续向VIN升高,而通道R1明显低于通道1.
初步怀疑是Q3在miller平台结束后,提前退出了饱和导通状态,不过没法测试,因为示波器探头点Q3的发射极e波形变正常了,如果点Q3的基极b,波形完全乱掉,甚至直接退出CCM状态进入DCM状态。

此外,示波器探头点Q2的集电极c,波形也会变正常。
很奇怪的现象,请做过的朋友帮忙看一下,谢谢。

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| 2019-12-6 19:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 戈卫东 于 2019-12-6 19:55 编辑

“另一方面通过VIN->R7->C3->Q3使Q3饱和导通,Q3饱和导通以后,经过VIN->Q3->D3回路向MOSG注入电流,加快PMOS关断,这个回路电阻很低。”
------------
这个分析是错的。
------------------------------
C3-R3-Q3:基极电流
VIN-Q3-D3:栅极泄放。
你的R3太大,没电流。

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| 2019-12-6 20:01 | 显示全部楼层
这个电路可能利用开关管的CGS电荷才会比较简单可靠。

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 楼主 | 2019-12-7 14:51 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2019-12-6 19:53
“另一方面通过VIN->R7->C3->Q3使Q3饱和导通,Q3饱和导通以后,经过VIN->Q3->D3回路向MOSG注入电流,加快PM ...

你再仔细看一下。Q3基极电流和R3无关,路径为VIN->R7->C3。
实际上,这个问题已经解决了,方案你可以猜一下。
提示:和R3无关。

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| 2019-12-7 16:33 | 显示全部楼层
Q4钳位了。再串二极管?

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| 2019-12-7 16:33 | 显示全部楼层
有更简单电路可以用的。。

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| 2019-12-7 16:49 | 显示全部楼层
你的Q4其实没有贡献不知道你有没有发现。

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| 2019-12-7 16:50 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2019-12-7 16:33
有更简单电路可以用的。。

这线路,驱动能力不是最好,关键是工作回路复杂,绕路了。。。。

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 楼主 | 2019-12-14 08:54 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2019-12-7 16:49
你的Q4其实没有贡献不知道你有没有发现。

你再仔细分析一下Q4的作用。

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| 2019-12-14 13:10 | 显示全部楼层
imdx 发表于 2019-12-14 08:54
你再仔细分析一下Q4的作用。

那你继续用吧。。。

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| 2019-12-14 13:12 | 显示全部楼层
多用一个三极管多用一个二极管穷不了你们老板。

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| 2019-12-14 17:29 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2019-12-14 13:12
多用一个三极管多用一个二极管穷不了你们老板。

推挽驱动MOS管,只要3颗NPN加上1颗PNP和4~5颗电阻,二极管和电容不要,都比目前还省钱又可靠。目前MOS管缺少S丶G间的并联电阻。

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| 2019-12-14 21:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 戈卫东 于 2019-12-14 21:15 编辑
king5555 发表于 2019-12-14 17:29
推挽驱动MOS管,只要3颗NPN加上1颗PNP和4~5颗电阻,二极管和电容不要,都比目前还省钱又可靠。目前MOS管 ...

经典电路只要2个NPN+1二极管+1稳压管+2电阻,比他的少一半数量。关键是性能比他的好。。。

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| 2019-12-14 22:26 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2019-12-14 21:03
经典电路只要2个NPN+1二极管+1稳压管+2电阻,比他的少一半数量。关键是性能比他的好。。。 ...

他还要反相一次,所以要再多一颗NPN。他首楼这个如你所言,得依赖结电容Cgd在运作。不是主动切断柵极G,是浮控的,当然Vgs切的不干淨利落,速率自然上不去,也就是Cgs电荷放掉不完全仍有大殘留。

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 楼主 | 2019-12-15 12:08 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2019-12-14 21:03
经典电路只要2个NPN+1二极管+1稳压管+2电阻,比他的少一半数量。关键是性能比他的好。。。 ...

把图画出来吧,便于讨论。

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 楼主 | 2019-12-15 12:09 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2019-12-14 17:29
推挽驱动MOS管,只要3颗NPN加上1颗PNP和4~5颗电阻,二极管和电容不要,都比目前还省钱又可靠。目前MOS管 ...

把图画出来吧,便于讨论。

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 楼主 | 2019-12-15 12:15 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2019-12-14 22:26
他还要反相一次,所以要再多一颗NPN。他首楼这个如你所言,得依赖结电容Cgd在运作。不是主动切断柵极G, ...

这是PMOS驱动,从GS抽取电荷形成负电压开通。PMOS在高压侧,源极最高超过30V。
事实上这已经是成熟量产产品上用的驱动电路,如果有更好的,欢迎画图出来分析讨论,就像我原文的图和描述一样。

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 楼主 | 2019-12-15 12:18 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2019-12-14 17:29
推挽驱动MOS管,只要3颗NPN加上1颗PNP和4~5颗电阻,二极管和电容不要,都比目前还省钱又可靠。目前MOS管 ...

GS并联电阻是为了防止MOS管误导通,实际上Q2截止时,输入电压VIN通过R7 R3 D3已经将GS电压钳位住了,不需要专门的GS并联电阻,当然你也可以把R7 R3理解为GS并联电阻。

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 楼主 | 2019-12-15 12:27 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2019-12-7 16:33
有更简单电路可以用的。。

给出图,便与讨论。

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 楼主 | 2019-12-15 12:31 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2019-12-7 16:49
你的Q4其实没有贡献不知道你有没有发现。

给你提示下:PMOS源极输入30V时,如何保证GS电压不超过极限。

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