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1、解析MOSFET的驅(qū)動(dòng)技術(shù)及應(yīng)用時(shí)間:2010年11月08日字體:大中小關(guān)鍵詞:驅(qū)動(dòng)電路MOSFET走線自舉結(jié)電容MOSFET作為功率開(kāi)關(guān)管,已經(jīng)是是開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域的絕對(duì)主力器件。雖然MOSFET作為電壓型驅(qū)動(dòng)器件,其驅(qū)動(dòng)表面上看來(lái)是非常簡(jiǎn)單,但是詳細(xì)分析起來(lái)并不簡(jiǎn)單。下面我會(huì)花一點(diǎn)時(shí)間,一點(diǎn)點(diǎn)來(lái)解析MOSFET的驅(qū)動(dòng)技術(shù),以及在不同的應(yīng)用,應(yīng)該采用什么樣的驅(qū)動(dòng)電路。首先,來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn),把一個(gè)MOSFET的G懸空,然后在DS上加電壓,那么會(huì)出現(xiàn)什么情況呢?很多工程師都知道,MOS會(huì)導(dǎo)通甚至擊穿。這是為什么呢?因?yàn)槲腋緵](méi)
2、有加驅(qū)動(dòng)電壓,MOS怎么會(huì)導(dǎo)通?用下面的圖,來(lái)做個(gè)仿真:去探測(cè)G極的電壓,發(fā)現(xiàn)電壓波形如下:G極的電壓居然有4V多,難怪MOSFET會(huì)導(dǎo)通,這是因?yàn)镸OSFET的寄生參數(shù)在搗鬼。這種情況有什么危害呢?實(shí)際情況下,MOS肯定有驅(qū)動(dòng)電路的么,要么導(dǎo)通,要么關(guān)掉。問(wèn)題就出在開(kāi)機(jī),或者關(guān)機(jī)的時(shí)候,最主要是開(kāi)機(jī)的時(shí)候,此時(shí)你的驅(qū)動(dòng)電路還沒(méi)上電。但是輸入上電了,由于驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)有工作,G級(jí)的電荷無(wú)法被釋放,就容易導(dǎo)致MOS導(dǎo)通擊穿。那么怎么解決呢?在GS之間并一個(gè)電阻.那么仿真的結(jié)果呢:幾乎為0V什么叫驅(qū)動(dòng)能力,很多PWM芯片,或者
3、專門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片都會(huì)說(shuō)驅(qū)動(dòng)能力,比如384X的驅(qū)動(dòng)能力為1A,其含義是什么呢?假如驅(qū)動(dòng)是個(gè)理想脈沖源,那么其驅(qū)動(dòng)能力就是無(wú)窮大,想提供多大電流就給多大。但實(shí)際中,驅(qū)動(dòng)是有內(nèi)阻的,假設(shè)其內(nèi)阻為10歐姆,在10V電壓下,最多能提供的峰值電流就是1A,通常也認(rèn)為其驅(qū)動(dòng)能力為1A。那什么叫驅(qū)動(dòng)電阻呢,通常驅(qū)動(dòng)器和MOS的G極之間,會(huì)串一個(gè)電阻,就如下圖的R3。驅(qū)動(dòng)電阻的作用,如果你的驅(qū)動(dòng)走線很長(zhǎng),驅(qū)動(dòng)電阻可以對(duì)走線電感和MOS結(jié)電容引起的震蕩起阻尼作用。但是通常,現(xiàn)在的PCB走線都很緊湊,走線電感非常小。第二個(gè),重要作用就是調(diào)解
4、驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力,調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)速度。當(dāng)然只能降低驅(qū)動(dòng)能力,而不能提高。對(duì)上圖進(jìn)行仿真,R3分別取1歐姆,和100歐姆。下圖是MOS的G極的電壓波形上升沿。去探測(cè)G極的電壓,發(fā)現(xiàn)電壓波形如下:G極的電壓居然有4V多,難怪MOSFET會(huì)導(dǎo)通,這是因?yàn)镸OSFET的寄生參數(shù)在搗鬼。這種情況有什么危害呢?實(shí)際情況下,MOS肯定有驅(qū)動(dòng)電路的么,要么導(dǎo)通,要么關(guān)掉。問(wèn)題就出在開(kāi)機(jī),或者關(guān)機(jī)的時(shí)候,最主要是開(kāi)機(jī)的時(shí)候,此時(shí)你的驅(qū)動(dòng)電路還沒(méi)上電。但是輸入上電了,由于驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)有工作,G級(jí)的電荷無(wú)法被釋放,就容易導(dǎo)致MOS導(dǎo)通擊穿。那么怎么
5、解決呢?在GS之間并一個(gè)電阻.那么仿真的結(jié)果呢:幾乎為0V什么叫驅(qū)動(dòng)能力,很多PWM芯片,或者專門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片都會(huì)說(shuō)驅(qū)動(dòng)能力,比如384X的驅(qū)動(dòng)能力為1A,其含義是什么呢?假如驅(qū)動(dòng)是個(gè)理想脈沖源,那么其驅(qū)動(dòng)能力就是無(wú)窮大,想提供多大電流就給多大。但實(shí)際中,驅(qū)動(dòng)是有內(nèi)阻的,假設(shè)其內(nèi)阻為10歐姆,在10V電壓下,最多能提供的峰值電流就是1A,通常也認(rèn)為其驅(qū)動(dòng)能力為1A。那什么叫驅(qū)動(dòng)電阻呢,通常驅(qū)動(dòng)器和MOS的G極之間,會(huì)串一個(gè)電阻,就如下圖的R3。驅(qū)動(dòng)電阻的作用,如果你的驅(qū)動(dòng)走線很長(zhǎng),驅(qū)動(dòng)電阻可以對(duì)走線電感和MOS結(jié)電容引起
6、的震蕩起阻尼作用。但是通常,現(xiàn)在的PCB走線都很緊湊,走線電感非常小。第二個(gè),重要作用就是調(diào)解驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力,調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)速度。當(dāng)然只能降低驅(qū)動(dòng)能力,而不能提高。對(duì)上圖進(jìn)行仿真,R3分別取1歐姆,和100歐姆。下圖是MOS的G極的電壓波形上升沿。紅色波形為R3=1歐姆,綠色為R3=100歐姆??梢钥吹?,當(dāng)R3比較大時(shí),驅(qū)動(dòng)就有點(diǎn)力不從心了,特別在處理米勒效應(yīng)的時(shí)候,驅(qū)動(dòng)電壓上升很緩慢。下圖,是驅(qū)動(dòng)的下降沿同樣標(biāo)稱7A的mos,不同的廠家,不同的器件,參數(shù)是不一樣的。所以沒(méi)有什么公式可以去計(jì)算。那么驅(qū)動(dòng)的快慢對(duì)MOS的開(kāi)關(guān)
7、有什么影響呢?下圖是MOS導(dǎo)通時(shí)候DS的電壓:紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆??梢?jiàn)R3越大,MOS的導(dǎo)通速度越慢。下圖是電流波形紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆??梢?jiàn)R3越大,MOS的導(dǎo)通速度越慢可以看到,驅(qū)動(dòng)電阻增加可以降低MOS開(kāi)關(guān)的時(shí)候得電壓電流的變化率。比較慢的開(kāi)關(guān)速度,對(duì)EMI有好處。下圖是對(duì)兩個(gè)不同驅(qū)動(dòng)情況下,MOS的DS電壓波形做付利葉分析得到紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆??梢?jiàn),驅(qū)動(dòng)電阻大的時(shí)候,高頻諧波明顯變小。但是驅(qū)動(dòng)速度慢,又有什么壞處呢?那就是開(kāi)關(guān)損
8、耗大了,下圖是不同驅(qū)動(dòng)電阻下,導(dǎo)通損耗的功率曲線。紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆??梢?jiàn),驅(qū)動(dòng)電阻大的時(shí)候,損耗明顯大了。結(jié)論:驅(qū)動(dòng)電阻到底選多大?還真難講,小了,EMI不好,大了,效率不好。所以只能一個(gè)折中的選擇了。那如果,開(kāi)通和關(guān)斷的速度要分別調(diào)節(jié),怎么辦?就用以下電路。MOSFET的自舉驅(qū)動(dòng).對(duì)于NMOS來(lái)說(shuō),