MOS管参数详细讲解和驱动电阻选择
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MOS管参数详解及驱动电阻选择精编版MOS管是一种常用的功率开关器件,广泛应用于电子电路和电源系统中。
了解MOS管的参数以及正确选择驱动电阻对于设计可靠和高性能的电路至关重要。
1.MOS管的参数:(1) 阈值电压(Vth):指的是MOS管开始导通的电压。
当输入信号大于或等于阈值电压时,MOS管开始导通,并且通常被认为是完全导通。
阈值电压的选择应该根据具体的应用需求来确定。
(2) 最大漏极电压(Vdsmax):指的是MOS管能够承受的最大漏极电压。
超过这个电压,MOS管可能会被击穿并损坏。
(3) 最大漏极电流(Idmax):指的是MOS管能够承受的最大漏极电流。
超过这个电流,MOS管可能会过热并损坏。
(4) 输入电容(Ciss):指的是MOS管的输入电容,它决定了MOS管对输入信号的响应速度。
输入电容越大,响应速度越慢。
(5) 开关时间(ton和toff):指的是MOS管从导通到关断和从关断到导通的时间。
开关时间越短,电路的开关频率越高。
(6) 导通电阻(Rdson):指的是MOS管在导通状态下的电阻。
导通电阻越小,MOS管的功耗越低。
2.驱动电阻的选择:驱动电阻的选择对于提高MOS管的性能至关重要。
(1)驱动电阻的值应该足够小,以确保能够快速充放电驱动MOS管。
通常来说,驱动电阻的值应该远小于MOS管的输入电阻。
(2)驱动电阻的功率承受能力也是一个重要的考虑因素。
如果驱动电阻的功率承受能力太低,当MOS管快速开关时,驱动电阻可能会因为过热而损坏。
(3)驱动电阻的电压承受能力也是需要考虑的因素。
如果驱动电阻的电压承受能力低于MOS管的最大漏极电压,驱动电阻可能会被击穿从而无法正常工作。
(4)正确的驱动电阻选择可以提高MOS管的导通和关断速度,从而减小功耗和实现更高的开关频率。
综上所述,了解MOS管的参数以及正确选择驱动电阻对于设计高性能的电路至关重要。
在选择驱动电阻时,需要考虑电阻的值、功率承受能力和电压承受能力,以确保MOS管的正常工作和可靠性。
MOS管参数详细讲解和驱动电阻选择MOS管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)是一种常见的功率电子器件,常用于开关电源、逆变器、驱动器等应用中。
在这篇文章中,我将详细讲解MOS管的参数以及驱动电阻的选择。
首先,我们来了解一下MOS管的主要参数:1. 额定电压(Vds):额定电压是指MOS管能够承受的最大输入电压。
超过额定电压可能会损坏MOS管。
2.最大电流(Id):最大电流是指MOS管能够承受的最大输入电流。
超过最大电流可能会导致MOS管过热而损坏。
3. 漏源极电阻(Rds):漏源极电阻是指MOS管导通状态下的电阻值,也称为导通电阻。
导通电阻越小,MOS管的导通能力越强。
4. 阈值电压(Vth):阈值电压是指MOS管进入导通状态所需要的控制电压。
控制电压低于阈值电压时,MOS管处于截止状态。
5. 输入电容(Ciss):输入电容是指MOS管的栅极和源极之间的电容。
输入电容越大,需要的输入电流和电压就越大。
6. 输出电容(Coss):输出电容是指MOS管的漏极和源极之间的电容。
输出电容越大,驱动MOS管的电路需要更多的电流和电压。
驱动MOS管的关键是正确选择驱动电阻。
驱动电阻的选择需要考虑以下几个因素:1.驱动电流:驱动电流是指驱动电路向MOS管的栅极提供的电流。
驱动电流越大,MOS管的开关速度越快。
通常来说,驱动电流应该选取MOS管栅极驱动电流的两倍。
2.上升时间和下降时间:驱动电阻的选择会直接影响MOS管的上升时间和下降时间。
上升时间和下降时间越短,MOS管的开关速度就越快。
通常来说,驱动电阻的值应该足够小以提高驱动电流。
3.总功耗:驱动电阻的选择也会影响驱动电路的总功耗。
过大的驱动电阻会导致更大的功耗,并可能使驱动器过热。
综上所述,在选择驱动电阻时,我们需要权衡驱动电流、上升/下降时间和总功耗等因素。
合理选择驱动电阻的值可以提高MOS管的开关速度,减小功耗,并保证MOS管的工作可靠性。
MOS管主要参数及使用注意事项MOS管是一种常用的电力器件,广泛应用于电子电路和电源装置中。
本文将介绍MOS管的主要参数及使用注意事项。
1.MOS管的主要参数(1) 导通电阻(Rds(on)):即MOS管导通时的电阻,也称为开态电阻。
导通电阻越小,MOS管导通时的功耗越小。
(2) 饱和电压(Vgs(sat)):指MOS管在饱和区时,栅极与源极间的电压差。
饱和电压越小,MOS管的导通能力越好。
(3) 压降(Vds):即栅极与源极间的电压差。
对于负载电路,要保证MOS管的压降在一定范围内,以避免过压损坏MOS管。
(4) 最大耐压(Vds(max)):指MOS管能够承受的最大电压。
在设计电源装置时,要确保MOS管的最大耐压能够满足应用需求。
(5) 最大电流(Id(max)):指MOS管能够承受的最大电流。
在设计电源装置时,要确保MOS管的最大电流能够满足应用需求。
(6) 开关速度(tf/td):指MOS管从关态到开态或从开态到关态的时间。
开关速度越快,MOS管的响应时间越短,适用于高频应用。
(1)静电防护:MOS管对静电敏感,由于静电的高压可能导致器件损坏。
在操作MOS管时,应采取防静电措施,如穿戴静电消除器或接地腕带,以保护MOS管的正常工作。
(2)温度控制:MOS管的工作温度范围一般在-55℃至150℃之间。
当环境温度超过此范围时,应采取散热措施,如加散热片或风扇,以防止MOS管过热损坏。
(3)电流限制:在设计电路时,应根据MOS管的最大电流参数选择合适的负载电阻,以确保MOS管工作在安全电流范围内。
同时,在开关MOS 管时,要注意控制电流斜率,以减小MOS管的开关损耗。
(4) 输入电压(Vgs)控制:应根据具体的MOS管型号和应用需求,选择合适的输入电压(Vgs)范围,以保证MOS管正常开关。
(5)输出负载:要在MOS管的输出端加入合适的负载电路,以防止过压、过流等情况对MOS管造成损坏。
(6) 压降控制:在设计电源装置时,要合理选择MOS管的导通电阻,并确保输入电压(Vin)和输出电压(Vout)之间的压降在规定范围内,以保证电路的稳定工作。
MOS管参数详细讲解和驱动电阻选择场效应管(MOSFET)是一种常用的半导体器件,具有高输入阻抗、低输出阻抗和快速开关速度等特点。
在使用MOSFET时,需要了解一些关键参数,并选择合适的驱动电阻来确保其正常工作。
首先,我们来详细讲解一下MOSFET的参数:1. 阈值电压(Vth):MOSFET的阈值电压是指控制栅极电压达到一个特定值时,漏极电流开始增加的电压。
它决定了MOSFET的开启和关闭状态。
阈值电压越高,MOSFET越难被打开。
2.最大耗散功率(Pd):这是MOSFET能够承受的最大功率。
超过这个功率,MOSFET可能会过热并损坏。
3.最大漏极电流(Id):这是MOSFET允许通过的最大电流。
超过这个电流,MOSFET可能会损坏。
4. 开启电阻(Rds(on)):这是MOSFET在完全开启状态下的导通电阻。
它决定了MOSFET的导通损耗和输出电压的下降。
5. 输入电容(Ciss):这是MOSFET的输入电容,它决定了MOSFET 的输入阻抗和开关速度。
较大的输入电容会导致较慢的开关速度。
6. 输出电容(Coss):这是MOSFET的输出电容,它决定了MOSFET 的输出阻抗和开关速度。
较大的输出电容会导致较慢的开关速度。
7.饱和区电流增益(K):这是MOSFET的增益系数,它决定了MOSFET的放大能力。
较大的增益系数意味着更好的放大能力。
选择合适的驱动电阻是确保MOSFET正常工作的关键。
驱动电阻可以分为上升电阻和下降电阻。
上升电阻是指在MOSFET的栅极上升时,为了快速充放电栅极电容而选择的电阻。
较小的上升电阻可以提高开关速度,但也会增加功耗。
一般建议选择上升电阻的阻值为栅极电容的1/10。
下降电阻是指在MOSFET的栅极下降时,为了快速放电栅极电容而选择的电阻。
较小的下降电阻可以提高开关速度,但也会增加功耗。
一般建议选择下降电阻的阻值为栅极电容的1/20。
另外,还需要考虑驱动电压的大小。
MOS管参数详解及驱动电阻选择MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)是一种常见的电子器件,用于放大和开关电路。
在使用MOS管时,需要了解一些关键参数,并正确选择驱动电阻。
首先,让我们详细了解几个重要的MOS管参数:1. 阈值电压(Threshold Voltage): MOS管工作的关键参数之一是阈值电压。
这是指当输入电压超过一定电压值时,MOS管开始导通。
阈值电压是由MOS管的特性决定的,并且通常以伏特(V)为单位。
2. 饱和电流(Saturation Current): 入MOS相对于栅结反向偏置时,沟道上的电子会形成一个“漏结”,从而使电流流过MOS。
饱和电流是指在MOS管饱和区域的最大电流。
饱和电流与MOS管的尺寸、结构和电源电压等因素相关。
3. 互导电阻(Transconductance): 互导电阻表示MOS管的输人特性,定义为输出电流变化与栅结电压变化之比。
互导电阻与MOS管的尺寸和工作状态有关。
4. 输出电导(Output Conductance): 输出电导表示MOS管在输出端的阻抗。
输出电导也与MOS管的尺寸和工作状态有关。
5. 耗散功率(Power Dissipation): 耗散功率指通过MOS管的电流和MOS管的电压之积。
对于高功率应用,需要选择适当的散热系统来散热以保持MOS管的正常工作。
在选择适当的驱动电阻时,需要考虑以下几个因素:1. MOS管的输入电容(Input Capacitance): MOS管的输入电容是指栅结电容,驱动电阻会影响MOS管的充放电速度。
如果驱动电阻过大,充放电速度将变慢,从而影响MOS管的开关速度。
过小的驱动电阻可能会导致电流过大而引起电压下降。
2. 驱动电压(Gate Voltage): 驱动电阻应根据MOS管的驱动电压选择。
如果驱动电阻的电压过高,可能会导致MOS管进入过驱动状态,从而损坏MOS管。
MOS管参数详解及驱动电阻选择精编版MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)是一种常见的场效应晶体管,用于放大和开关电路中。
它由源极、栅极和漏极组成,通过控制栅极电压来改变源极和漏极之间的电流流动。
在使用MOS管时,需要了解一些关键参数,以便正确选择驱动电阻。
以下是一些常见的MOS管参数及其详细解释:1. 阈值电压(Vth):阈值电压是指栅极电压达到一定值时,MOS管开始导通的电压。
阈值电压的大小决定了MOS管是否容易导通。
选择适当的驱动电阻可以确保在给定的栅极电压下,MOS管能够可靠地导通。
2. 饱和电流(Idsat):饱和电流是指当栅极电压和源极电压之间的电压达到一定值时,MOS管最大的可持续电流。
选择适当的驱动电阻可以确保在饱和区域内工作,并避免过载情况。
3. 导通电阻(Rds(on)):导通电阻是指当MOS管导通时,源极和漏极之间的电阻。
导通电阻的大小直接影响到MOS管的功耗和效率。
较小的导通电阻意味着更高的效率和更低的功耗。
4.最大耗散功率(Pd):最大耗散功率是指MOS管可以安全承受的最大功率。
选择适当的驱动电阻可以确保MOS管在其额定功率范围内正常工作,避免过热和损坏。
5. 输出电容(Coss):输出电容是指当MOS管切换时,输入电荷和输出电荷之间的电容。
输出电容的大小影响到切换速度和功耗。
选择适当的驱动电阻可以更好地控制输出电容,提高切换速度。
驱动电阻的选择是根据上述参数来决定的。
首先,需要考虑MOS管的最大耗散功率,以确定可以使用的最大驱动电流。
然后,根据阈值电压、饱和电流和导通电阻来选择合适的驱动电阻,以确保MOS管能在指定的工作条件下正常工作。
此外,还需要考虑MOS管的响应速度和切换速度,以选择合适的驱动电路或电源。
总之,了解MOS管的关键参数并选择适当的驱动电阻是确保正确使用和驱动MOS管的关键。
只有充分理解这些参数,并根据具体的应用需求进行选择,才能保证电路的稳定性和性能。
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MOSFET管是FET的一种,可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,一般主要应用的为增强型的NMOS管和增强型的PMOS管,所以通常提到的就是这两种。
这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。
原因是导通电阻小且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。
在MOS管内部,漏极和源极之间会寄生一个二极管。
这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要,并且只在单个的MOS管中存在此二极管,在集成电路芯片内部通常是没有的。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免。
MOS管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。
NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到一定电压(如4V或10V, 其他电压,看手册)就可以了。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。
但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。
MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,因而在DS间流过电流的同时,两端还会有电压,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毫欧,几十毫欧左右MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。
M O S管参数详解及驱动电阻选择Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998MOS管参数解释MOS管介绍在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,一般都要考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等因素。
MOSFET管是FET的一种,可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,一般主要应用的为增强型的NMOS管和增强型的PMOS管,所以通常提到的就是这两种。
这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。
原因是导通电阻小且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。
在MOS管内部,漏极和源极之间会寄生一个二极管。
这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要,并且只在单个的MOS管中存在此二极管,在集成电路芯片内部通常是没有的。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免。
MOS管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。
NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到一定电压(如4V或10V, 其他电压,看手册)就可以了。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。
但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。
MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,因而在DS间流过电流的同时,两端还会有电压,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毫欧,几十毫欧左右MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。
MOS管驱动电阻怎么选择,给定频率,MOS管的Qg和上升沿怎么计算用多大电阻首先得知道输入电容大小和驱动电压大小,等效为电阻和电容串联电路,求出电容充电电压表达式,得出电阻和电容电压关系图MOS管的开关时间要考虑的是Qg的,而不是有Ciss,Coss决定,看下面的Data.一个MOS可能有很大的输入电容,但是并不代表其导通需要的电荷量Qg就大,Ciss(输入电容)和Qg是有一定的关系,但是还要考虑MOS的跨导y.MOSFET栅极驱动的优化设计1 概述MOS管的驱动对其工作效果起着决定性的作用。
设计师既要考虑减少开关损耗,又要求驱动波形较好即振荡小、过冲小、EMI小。
这两方面往往是互相矛盾的,需要寻求一个平衡点,即驱动电路的优化设计。
驱动电路的优化设计包含两部分内容:一是最优的驱动电流、电压的波形;二是最优的驱动电压、电流的大小。
在进行驱动电路优化设计之前,必须先清楚MOS管的模型、MOS管的开关过程、MOS管的栅极电荷以及MOS管的输入输出电容、跨接电容、等效电容等参数对驱动的影响。
2 MOS管的模型MOS管的等效电路模型及寄生参数如图1所示。
图1中各部分的物理意义为:(1)L G和L G代表封装端到实际的栅极线路的电感和电阻。
(2)C1代表从栅极到源端N+间的电容,它的值是由结构所固定的。
(3)C2+C4代表从栅极到源极P区间的电容。
C2是电介质电容,共值是固定的。
而C4是由源极到漏极的耗尽区的大小决定,并随栅极电压的大小而改变。
当栅极电压从0升到开启电压U GS(th)时,C4使整个栅源电容增加10%~15%。
(4)C3+C5是由一个固定大小的电介质电容和一个可变电容构成,当漏极电压改变极性时,其可变电容值变得相当大。
(5)C6是随漏极电压变换的漏源电容。
MOS管输入电容(C iss)、跨接电容(C rss)、输出电容(C oss)和栅源电容、栅漏电容、漏源电容间的关系如下:3 MOS管的开通过程开关管的开关模式电路如图2所示,二极管可是外接的或MOS管固有的。
MOS管全参数详解及驱动电阻选择MOS管(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)是一种常用的功率开关器件,广泛应用于电子电路中。
为了更好地了解MOS管的参数及其驱动电阻的选择问题,本文将详解MOS管的全参数及驱动电阻的选择。
MOS管的全参数主要包括:1. Vds(Drain-Source Voltage,漏极-源极电压):指MOS管漏极和源极之间的电压,它决定了MOS管可以承受的最大电压,超过此电压会导致破坏。
2. Vgs(Gate-Source Voltage,栅极-源极电压):指MOS管的栅极和源极之间的电压,它决定了MOS管的导通能力。
3. Id(Drain Current,漏极电流):指MOS管漏极的电流,它决定了MOS管的导通能力和功率消耗。
4. Rds(on)(Drain-Source On-Resistance,漏极-源极导通电阻):指MOS管导通状态下漏极和源极之间的电阻,它影响MOS管的导通损耗。
5. Ciss(Input Capacitance,输入电容):指MOS管的输入电容,它决定了MOS管的驱动能力和开关速度。
6. Coss(Output Capacitance,输出电容):指MOS管的输出电容,它决定了MOS管的开关速度和反馈特性。
7. Crss(Reverse Transfer Capacitance,反射电容):指MOS管的反射电容,它决定了MOS管的开关速度和反馈特性。
MOS管的驱动电阻选择主要根据以下几个方面考虑:1.驱动能力:驱动电阻的值决定了MOS管的驱动能力,一般而言,驱动能力越强,MOS管的开关速度越快,控制能力越好。
2.功耗:驱动电阻越小,MOS管的导通损耗越小,功耗越低。
3.成本:驱动电阻的选择还需要考虑到成本因素,成本越低越好。
在实际选择驱动电阻时,可以根据以下步骤进行:1.确定MOS管的驱动电流(通常为MOS管的最大栅极电流)。
MOS管参数解释MOS管介绍在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,一般都要考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等因素。
MOSFET管是FET的一种,可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,一般主要应用的为增强型的NMOS管和增强型的PMOS管,所以通常提到的就是这两种。
这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。
原因是导通电阻小且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。
在MOS管内部,漏极和源极之间会寄生一个二极管。
这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要,并且只在单个的MOS管中存在此二极管,在集成电路芯片内部通常是没有的。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免。
MOS管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。
NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到一定电压(如4V或10V, 其他电压,看手册)就可以了。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。
但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。
MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,因而在DS间流过电流的同时,两端还会有电压,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毫欧,几十毫欧左右MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。
MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。
通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越快,导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。
降低开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。
这两种办法都可以减小开关损失。
MOS管驱动MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。
但是,我们还需要速度。
在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。
对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。
选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。
而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大(4V或10V其他电压,看手册)。
如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。
很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
Mosfet参数含义说明Features:Vds:DS击穿电压.当Vgs=0V时,MOS的DS所能承受的最大电压Rds(on):DS的导通电阻.当Vgs=10V时,MOS的DS之间的电阻Id:最大DS电流.会随温度的升高而降低Vgs: 最大GS电压.一般为:-20V~+20VIdm: 最大脉冲DS电流.会随温度的升高而降低,体现一个抗冲击能力,跟脉冲时间也有关系Pd: 最大耗散功率Tj: 最大工作结温,通常为150度和175度Tstg: 最大存储温度Iar: 雪崩电流Ear: 重复雪崩击穿能量Eas: 单次脉冲雪崩击穿能量BVdss:DS击穿电压Idss: 饱和DS电流,uA级的电流Igss: GS驱动电流,nA级的电流.gfs: 跨导Qg: G总充电电量Qgs: GS充电电量Qgd: GD充电电量Td(on): 导通延迟时间,从有输入电压上升到10%开始到Vds下降到其幅值90%的时间Tr: 上升时间,输出电压VDS 从90% 下降到其幅值10% 的时间Td(off): 关断延迟时间,输入电压下降到90% 开始到VDS 上升到其关断电压时10% 的时间Tf: 下降时间,输出电压VDS 从10% 上升到其幅值90% 的时间( 参考图4) 。
Ciss: 输入电容,Ciss=Cgd + Cgs.Coss: 输出电容,Coss=Cds +Cgd.Crss: 反向传输电容,Crss=Cgc.MOSFET栅极驱动的优化设计1 概述MOS管的驱动对其工作效果起着决定性的作用。
设计师既要考虑减少开关损耗,又要求驱动波形较好即振荡小、过冲小、EMI小。
这两方面往往是互相矛盾的,需要寻求一个平衡点,即驱动电路的优化设计。
驱动电路的优化设计包含两部分内容:一是最优的驱动电流、电压的波形;二是最优的驱动电压、电流的大小。
在进行驱动电路优化设计之前,必须先清楚MOS管的模型、MOS管的开关过程、MOS管的栅极电荷以及MOS管的输入输出电容、跨接电容、等效电容等参数对驱动的影响。
2 MOS管的模型MOS管的等效电路模型及寄生参数如图1所示。
图1中各部分的物理意义为:(1)L G和L G代表封装端到实际的栅极线路的电感和电阻。
(2)C1代表从栅极到源端N+间的电容,它的值是由结构所固定的。
(3)C2+C4代表从栅极到源极P区间的电容。
C2是电介质电容,共值是固定的。
而C4是由源极到漏极的耗尽区的大小决定,并随栅极电压的大小而改变。
当栅极电压从0升到开启电压U GS(th)时,C4使整个栅源电容增加10%~15%。
(4)C3+C5是由一个固定大小的电介质电容和一个可变电容构成,当漏极电压改变极性时,其可变电容值变得相当大。
(5)C6是随漏极电压变换的漏源电容。
MOS管输入电容(C iss)、跨接电容(C rss)、输出电容(C oss)和栅源电容、栅漏电容、漏源电容间的关系如下:3 MOS管的开通过程开关管的开关模式电路如图2所示,二极管可是外接的或MOS管固有的。
开关管在开通时的二极管电压、电流波形如图3所示。
在图3的阶段1开关管关断,开关电流为零,此时二极管电流和电感电流相等;在阶段2开关导通,开关电流上升,同时二极管电流下降。
开关电流上升的斜率和二极管电流下降的斜率的绝对值相同,符号相反;在阶段3开关电流继续上升,二极管电流继续下降,并且二极管电流符号改变,由正转到负;在阶段4,二极管从负的反向最大电流IRRM开始减小,它们斜率的绝对值相等;在阶段5开关管完全开通,二极管的反向恢复完成,开关管电流等于电感电流。
图4是存储电荷高或低的两种二极管电流、电压波形。
从图中可以看出存储电荷少时,反向电压的斜率大,并且会产生有害的振动。
而前置电流低则存储电荷少,即在空载或轻载时是最坏条件。
所以进行优化驱动电路设计时应着重考虑前置电流低的情况,即空载或轻载的情况,应使这时二极管产生的振动在可接受范围内。
4 栅极电荷Q G和驱动效果的关系栅极电荷Q G是使栅极电压从0升到10V所需的栅极电荷,它可以表示为驱动电流值与开通时间之积或栅极电容值与栅极电压之积。
现在大部分MOS管的栅极电荷Q G值从几十纳库仑到一、两百纳库仑。
栅极电荷Q G包含了两个部分:栅极到源极电荷Q GS;栅极到漏极电荷Q GD—即“Miller”电荷。
Q GS是使栅极电压从0升到门限值(约3V)所需电荷;Q GD是漏极电压下降时克服“Miller”效应所需电荷,这存在于U GS曲线比较平坦的第二段(如图5所示),此时栅极电压不变、栅极电荷积聚而漏极电压急聚下降,也就是在这时候需要驱动尖峰电流限制,这由芯睡内部完成或外接电阻完成。
实际的Q G还可以略大,以减小等效R ON,但是太大也无益,所以10V到12V的驱动电压是比较合理的。
这还包含一个重要的事实:需要一个高的尖峰电流以减小MOS管损耗和转换时间。
重要是的对于IC来说,MOS管的平均电容负荷并不是MOS管的输入电容C iss,而是等效输入电容C eff(C eff=Q G/U GS),即整个0<U GS<U GS(th)的等效电容,而C iss只是U GS=0时的等效电容。
漏极电流在Q G波形的Q GD阶段出现,该段漏极电压依然很高,MOS管的损耗该段最大,并随UDS的减小而减小。
Q GD的大部分用来减小UDS从关断电压到U GS(th)产生的“Miller”效应。
Q G波形第三段的等效负载电容是:5 优化栅极驱动设计在大多数的开关功率应用电路中,当栅极被驱动,开关导通时漏极电流上升的速度是漏极电压下降速度的几倍,这将造成功率损耗增加。
为了解决问题可以增加栅极驱动电流,但增加栅极驱动上升斜率又将带来过冲、振荡、EMI等问题。
优化栅极驱动设计,正是在互相矛盾的要求中寻求一个平衡点,而这个平衡点就是开关导通时漏极电流上升的速度和漏极电压下降速度相等这样一种波形,理想的驱动波形如图6所示。
图6的U GS波形包括了这样几部分:U GS第一段是快速上升到门限电压;U GS第二段是比较缓的上升速度以减慢漏极电流的上升速度,但此时的U GS也必须满足所需的漏极电流值;U GS第四段快速上升使漏极电压快速下降;U GS第五段是充电到最后的值。
当然,要得到完全一样的驱动波形是很困难的,但是可以得到一个大概的驱动电流波形,其上升时间等于理想的漏极电压下降时间或漏极电流上升的时间,并且具有足够的尖峰值来充电开关期间的较大等效电容。
该栅极尖峰电流I P的计算是:电荷必须完全满足开关时期的寄生电容所需。
UG(th))6 应用实例在笔者设计的48V50A电路中采用双晶体管正激式变换电路,其开关管采用IXFH24N50,其参数为:根据如前所述,驱动电压、电流的理想波形不应该是一条直线,而应该是如图6所示的波形。
实验波形见图7。
7 结论本文详细介绍了MOS管的电路模型、开关过程、输入输出电容、等效电容、电荷存储等对MOS管驱动波形的影响,及根据这些参数对驱动波形的影响进行的驱动波形的优化设计实例,取得了较好的实际效果。
影响MOSFET开关速度除了其本身固有Tr,Tf外,还有一个重要的参数:Qg (栅极总静电荷容量).该参数与栅极驱动电路的输出内阻共同构成了一个时间参数,影响着MOSFET的性能(你主板的MOSFET的栅极驱动电路就集成在IRU3055这块PWM控制芯片内)厂家给出的Tr,Tf值,是在栅极驱动内阻小到可以忽略的情况下测出的,实际应用中就不一样了,特别是栅极驱动集成在PWM芯片中的电路,从PWM到MOSFET栅极的布线的宽度,长度,都会深刻影响MOSFET的性能.如果PWM的输出内阻本来就不低,加上MOS管的Qg又大,那么不论其Tr,Tf如何优秀,都可能会大大增加上升和下降的时间偶认为,BUCK同步变换器中,高侧MOS管的Qg比RDS等其他参数更重要,另外,栅极驱动内阻与Qg的配合也很重要,一定程度上就是由它的充电时间决定高侧MOSFET的开关速度和损耗..看从哪个角度出发。