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MOS管开关过程震荡

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sinasun|  楼主 | 2023-5-10 20:30 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
MOS管作为硬件工程师的老朋友,在各种场合都需要“粉墨登场”,用的时候,让人欢喜人让人愁,就是简简单单在栅极加一个驱动电阻都要各种考虑,驱动电阻加大了,这个电阻与Cgs构成RC低通滤波器,让mos管电压不能快速变化,工作在饱和区了。也就是这个栅极串接电阻增大会使充电电流减小,充电过程变缓慢,导致MOS管同时存在电压和电流时间变长,所以发热会更严重。MOS管的损耗太大,说不定那一天就烧了。但是加大了也是有好处,开通过程慢,也就是高次谐波少,毕竟梯形波比方波在EMI设计上更为友好。很多时候EMI辐射超标,都会拿这个电阻动手,先加大了再说。功耗放后面,实在不行上风冷,风冷不行还可以油冷。本来加这个电阻的目的就是限制驱动电流,防止瞬间驱动电流过大导致驱动芯片能力不足或者损坏。但是徒奈何,电路寄生参数太多,除了寄生电容,还有导线的等效电感。
这样又会组成LC谐振电路,栅极增加电阻又会有好处,mos管栅极串联电阻 ,消耗震荡的能量,可提供阻尼吸收。当然这种LC谐振,可以通过改善PCB布局,降低电路板走线产生的等效电感,尽管MOS管栅极电流小,但是需要增大栅极布线,就可以降低走线电感,即使不增加MOS管栅极电阻,也可以改善栅极LC谐振。然而LC谐振不仅发生在MOS管导通的过程,在MOS管关闭过程也会发生谐振,这个时候就会发生MOS管误导通的现象,尤其是有上下MOS管的时候,比如BUCK电路,这种关断过程再次误导通,会导致上下MOS管直通,从而烧毁。所以很多电路可以把栅极驱动电阻分为RonRoff两个设计,对应不同的谐振峰值,也可以改善功耗。在以上分析中,MOS管串联电阻有正面的作用,也有负面的作用,所以该电阻一会是帮手一会又是“敌人”。所以设计硬件电路,就是取一个平衡,找到最优解。
对于大功率的应用,从控制MCU输出的是PWM方波,但是在MOS管栅极测量的信号就会是反复震荡的波形-振铃。当振铃的峰值超过Vgs的耐压,MOS栅极的氧化层就会被击穿而损坏。
这种GS振铃的产生,除了有上节提到的栅极等效电感和Cgs电容谐振产生。mos管的GS振铃多半还有可能是由于DS震荡通过寄生电容传递过去的、振铃有开通振铃和关断振铃、硬开关桥式调制电路开通和关断都会有振铃、振铃源自于DS间的寄生电容(关断管)和回路的电感之间的谐振,这个在硬开关是无法避免的,一般加个一阶阻尼就可以吸收掉、DS不震荡、GS必然就不震荡了、还有单开关系统、例如反激、一般开通不振关断振、因为关断后变压器漏感会和寄生电容发生震荡通过接电容传递到GS,话说回来如果是DS震荡引起的GS震荡、那么应该首先考虑怎样减小GS间的震荡、例如换寄生参数更小的管子,GS加吸收等等。

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