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MOS管驱动电路设计细节

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elephant00|  楼主 | 2023-1-4 10:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。

1672466046800349.png     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驱动芯片如TC4420来驱动MOS管,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如下:
1672466053326669.png     MOS驱动电路设计需要注意的地方:    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。相关文章:深度讲解三极管和MOS管下拉电阻的作用。
    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管驱动电路参考:
1672466061399757.png MOS管驱动电路的布线设计
    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。 1672466068636976.png


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elephant00|  楼主 | 2023-1-4 10:17 | 显示全部楼层
常见的MOS管驱动波形,如下图。 1672466074501241.png   
  如果出现了这样圆不溜秋的波形就等着核爆吧。有很大一部分时间管子都工作在线性区,损耗极其巨大。    一般这种情况是布线太长电感太大,栅极电阻都救不了你,只能重新画板子。
1672466081289366.png    
高频振铃严重的毁容方波。
    在上升下降沿震荡严重,这种情况管子一般瞬间死掉,跟上一个情况差不多,进线性区。    原因也类似,主要是布线的问题。又胖又圆的肥猪波。
    上升下降沿极其缓慢,这是因为阻抗不匹配导致的。    芯片驱动能力太差或者栅极电阻太大。    果断换大电流的驱动芯片,栅极电阻往小调调就OK了。
    打肿脸充正弦的生于方波他们家的三角波。    驱动电路阻抗超****了。此乃管子必杀波。解决方法同上。 1672466088990841.png    
大众脸型,人见人爱的方波。
    高低电平分明,电平这时候可以叫电平了,因为它平。边沿陡峭,开关速度快,损耗很小,略有震荡,可以接受,管子进不了线性区,强迫症的话可以适当调大栅极电阻。 1672466094786006.png     方方正正的帅哥波,无振铃无尖峰无线性损耗的三无产品,这就是最完美的波形了。

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王栋春| | 2023-1-4 22:06 | 显示全部楼层
期待更多类似资料分享。                           

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tpgf| | 2023-2-3 11:23 | 显示全部楼层
请教一个问题 MOS管驱动电压是不是越高越好?

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qcliu| | 2023-2-3 11:46 | 显示全部楼层
驱动电压低,意味着我们在开关MOS时产生的开关损耗比较小

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drer| | 2023-2-3 11:53 | 显示全部楼层
有些芯片能力不够的可以通过增加PNP三极管来实现

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coshi| | 2023-2-3 12:06 | 显示全部楼层
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

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kxsi| | 2023-2-3 12:13 | 显示全部楼层
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。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有

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wiba| | 2023-2-3 13:09 | 显示全部楼层
跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。

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