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详解MOSFET的驱动技术

MOSFET的简单模型

MOSFET的一些主要参数

耐压

    通常所说的VDS,或者说是击穿电压。那么一般MOS厂家是如何来定义这个参数的呢?

    上面这个例子显示,当驱动电压为0,Vds达到200V的时候,Id这个电流达到了250uA,这个时候认为已经达到击穿电压。

    不同的厂家对此定义略有不同,但是基本上来说,当电压超过击穿电压,MOS的漏电流就会急剧上升。

导通电阻

    MOSFET在导通之后,其特性可以近似认为是一个电阻。

    上面这个例子表示,在驱动电压为10V的时候,导通电阻为0.18欧姆。

    导通电阻的温度关系:

    MOS的导通电阻随温度上升而上升,下图显示该MOS的导通电阻在结温为140度的时候,为20度时候的2倍。

导通阀值电压

    就是当驱动电压到达该值之后,可认为MOS已经开通。

    从上面这个例子,可以看到当Vgs达到2-4V的时候,MOS电流就上升到250uA。这时候可认为MOS已经开始开通。

    驱动电压和导通电阻,最大导通电流之间的关系。

    从下图可以看到,驱动电压越高,实际上导通电阻越小,而且最大导通电流也越大。

    导通阀值电压随温度上升而下降。

MOSFET的寄生二极管


    寄生二极管比较重要的特性,就是反向恢复特性。这个在ZVS,同步整流等应用中显得尤为重要。

MOSFET的寄生电容

    这三个电容的定义如下:

    MOS的寄生电容都是非线性电容,其容值和加在上面的电压有关。所以一般的MOS厂家还会用另外一个参数来描述这个特性:


    用电荷来描述。

MOSFET的驱动技术

    MOS虽然是电压型驱动,但是由于寄生电容的存在,必须要求驱动电路提供一定的驱动电流。

    较小的驱动电流,会导致MOS的GS电压上升缓慢,降低了开关速度,提高了开关损耗。

米勒电容Cgd

    米勒电容虽然看起来很小,但是对驱动的影响很大,特别在VDS比较高的场合,相关文章:。但是在ZVS和同步整流等应用中,由于VDS会在驱动上来之前,下降到零,就不存在这个问题。

    上面的例子定义驱动能力为峰值电流(在特定条件下)。

    有些厂商就用内阻来定义驱动能力。

    当IC本身的驱动能力不足的时候,就需要外加驱动电路来增强驱动能力,以达到快速开关MOS的需求:

  • 采用分立器件,比如图腾柱

  • 采用集成的驱动IC

MOSFET的低端(low side)驱动

    所谓低端驱动,就是驱动电路的参考地,就是MOS的S端。

    低端驱动,电路往往比较简单,除了驱动能力之外,还是需要注意一些细节。

MOSFET的高端(High Side)驱动

    很多情况下,MOSFET的S极并不是IC的参考地,比如BUCK开关管,桥式电路的上管……相关文章请移步此处:

    自举驱动,利用自举电路,自动抬升供电电压。自举的驱动芯片种类很多,但是需要注意其耐压。

    对于二极管整流的buck,自举驱动需要注意的问题:


利用变压器隔离驱动

    对于浮地的MOS,或者和IC隔离的MOS,通常可以采用变压器隔离驱动。

变压器隔离驱动的关键

    变压器隔离驱动关键考虑的问题,就是变压器的复位,比较常用是利用隔直电容来复位,但是需要注意的是,采用隔直电容之后,有可能变压器传递的电压幅度和占空比有关。需要考虑变压器的变比。

    对于跨初次级的驱动变压器,还需要考虑其耐压的问题。

    利用简单倍压电路来抬升驱动电压。

    下图的驱动电路,可以传递大占空比的驱动信号,而且可以让驱动电压不下降。

隔直电容带来的问题

    由于隔直电容会储存能量,所以在驱动消失之后,隔直电容会和变压器产生谐振,导致驱动电路传递错误的驱动信号。

    为了降低这个问题的影响。可以利用这些电阻来阻尼这个震荡。

    对具有隔直电容的驱动电路,有些IC会植入soft stop的功能:在关机时候,让驱动的占空比逐渐降低到0.

    为了避免这个隔直电容带来的问题,可以采用无电容的变压器驱动电路。

    如果用IC直接驱动变压器,那么需要注意:

    同步整流驱动,需要注意逻辑的问题。

    同步整流2个管子的驱动关系为互补,但是当主管长时间关断的时候,整流管就会出现长时间导通的情况。

    所以在关机的时候,不能简单的把主管驱动信号置低,而要同时把整流管的驱动信号也置低。

    MOS的并联驱动,并联驱动要尽量保证每个管子的驱动线对称。