MOS管驱动电路设计细节

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查看2781 | 回复6 | 2023-2-17 12:22:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  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。

MOS管驱动

MOS管驱动

      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:

MOSFET驱动芯片的内部结构

MOSFET驱动芯片的内部结构


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。

      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:

MOS管驱动电路参考

MOS管驱动电路参考


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。

MOS管驱动电路的布线设计

MOS管驱动电路的布线设计


常见的MOS管驱动波形

常见的MOS管驱动波形

常见的MOS管驱动波形


      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。

高频振铃严重的毁容方波

高频振铃严重的毁容方波

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。
    驱动电路阻抗超大发了。此乃管子必杀波。解决方法同上。

大众脸型,人见人爱的方波

大众脸型,人见人爱的方波

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。

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

完美的MOS管驱动波形

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gxw437023317 | 2023-2-20 10:03:42 | 显示全部楼层
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lyon980 | 2023-3-22 21:05:19 | 显示全部楼层
有意思,学习了。
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担担面 | 2023-6-3 19:53:34 | 显示全部楼层
我又回来了,想问下博主有没有电路设计的软件呢!想自学一下如何对电路进行设计
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LJX | 2023-7-26 14:24:41 | 显示全部楼层
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songzhige | 2023-8-14 16:02:35 | 显示全部楼层
请问楼主,高频振铃严重的毁容方波这个波形是怎么测处理的?
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lajifm | 2024-6-24 16:35:01 | 显示全部楼层
学习了。
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