工作于線(xiàn)性區(qū)功率MOSFET（5）：分立負(fù)載開(kāi)關(guān)及熱插撥設(shè)計(jì)7步法

時(shí)間：2021-12-07 14:28:13

關(guān)鍵字：線(xiàn)性功率MOSFET 負(fù)載開(kāi)關(guān)

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[導(dǎo)讀]??完整的分立負(fù)載開(kāi)關(guān)及熱插撥外圍電路，如圖1所示，包括如下元件：（1）G極電阻總和RG及其并聯(lián)快關(guān)斷二極管D1（2）功率MOSFET的G、S外加電容CGS1（3）G、D外加電容CGD1和電阻R?GD?RG為G極電阻總和，包括功率MOSFET內(nèi)部電阻，驅(qū)動(dòng)芯片上拉電阻，外加串聯(lián)電...

完整的分立負(fù)載開(kāi)關(guān)及熱插撥外圍電路，如圖1所示，包括如下元件：
（1）G極電阻總和RG及其并聯(lián)快關(guān)斷二極管D1
（2）功率MOSFET的G、S外加電容CGS1
（3）G、D外加電容CGD1和電阻R?GD

RG為G極電阻總和，包括功率MOSFET內(nèi)部電阻，驅(qū)動(dòng)芯片上拉電阻，外加串聯(lián)電阻RG1。

圖1：負(fù)載開(kāi)關(guān)和熱插撥完整外圍電路

其中，D1、CGD1和RGD為可選元件，根據(jù)電路設(shè)計(jì)要求決定是否需要外加。

分立負(fù)載開(kāi)關(guān)和熱插撥的外圍電路設(shè)計(jì)步驟如下：

1、初步選取功率MOSFET

初步選取功率MOSFET的參數(shù)包括電壓、導(dǎo)通電阻和封裝：

（1）根據(jù)輸入電壓選取功率MOSFET的耐壓

（2）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求選取相應(yīng)的封裝

（3）根據(jù)穩(wěn)定工作的損耗限制，選取功率MOSFET的導(dǎo)通電阻

（4）根據(jù)功率MOSFET在線(xiàn)性區(qū)工作的時(shí)間和最大電流，選取安全工作區(qū)SOA滿(mǎn)足要求的功率MOSFET

?2、選取外加電容C???GD1

根據(jù)輸出電壓上電時(shí)間控制精度的要求，確定是否需要外加電容CGD1。如果需要外加電容CGD1，設(shè)定外加電容CGD1的值：
??? CGD1>10Crss
由此選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電容值。

?3、選取G極外加的電阻R??G1

米勒平臺(tái)區(qū)這個(gè)階段的時(shí)間也就是dV/dt的時(shí)間，柵極電壓恒定，流過(guò)柵極電阻RG的電流等于流過(guò)電容CGD1?的電流。根據(jù)系統(tǒng)要求的輸出電壓的上電時(shí)間Ton、輸出電壓Vo、CGD1、VCC和VGP已知，由下面公式計(jì)算G極串聯(lián)總電阻RG：

其中，dVDS/dt=Vo/Ton

圖2：熱插撥起動(dòng)波形

例如：通信系統(tǒng)-48V的熱插撥，要求軟起動(dòng)的時(shí)間為15mS，那么：

dVDS/dt=Vo/dt=48V/15mS=3.2V/mS

如果沒(méi)有外加電容CGD1，公式中的CGD1就使用Crss代替，Crss隨電壓變化，因此最好使用QGD?來(lái)計(jì)算。由RG?可以得到G極額外串聯(lián)的電阻RG1的值，選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電阻值。

?4、選取外加電容C?GS1

開(kāi)通過(guò)程中，階段1和階段2的VGS的電壓公式相同：

階段1結(jié)束的時(shí)刻為：

階段1的時(shí)間為：

階段2結(jié)束的時(shí)刻為：

階段2的時(shí)間，也就是di/dt的控制時(shí)間，這段時(shí)間為：

根據(jù)系統(tǒng)浪涌電流和di/dt的要求，使用上面公式就可以求出外加的電容CGS1，由此選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電容值。不同的CGS1值可以改變過(guò)沖的峰值浪涌電流的大小。

?5、選取是外加RGD的阻值

根據(jù)測(cè)試的實(shí)際情況，確定電路是否有振蕩或功率MOSFET是否有誤導(dǎo)通。如果有振蕩或誤導(dǎo)通，就需要外加RGD。CGD1串聯(lián)電阻RGD通常選取較小的值，RG>>RGD，阻值取值范圍：RGD=1-50mOhm。

功率MOSFET的跨導(dǎo)大，開(kāi)通過(guò)程中，VGS較小的變化都會(huì)導(dǎo)致ID急劇的變化，進(jìn)而導(dǎo)致VDS急劇的變化，瞬態(tài)過(guò)程中柵極電壓容易產(chǎn)生振蕩。串聯(lián)電阻RGD可以抑制回路的瞬態(tài)高頻電流，形成阻尼振蕩從而抑止柵極的高頻振蕩，減小振蕩的幅度。

關(guān)斷過(guò)程中，高的dVDS/dt通過(guò)CGD1耦合到柵極形成瞬態(tài)的尖峰電壓，如果此尖峰電壓大于功率MOSFET的閾值電壓，會(huì)誤導(dǎo)通功率MOSFET，串聯(lián)電阻RGD可以減小功率MOSFET的誤導(dǎo)通。

6、選取G極的快關(guān)斷二極管

根據(jù)系統(tǒng)要求，如果需要功率MOSFET快速關(guān)斷，可以在G極外加電阻的兩端關(guān)聯(lián)二極管D1；如果功率MOSFET不需要快速關(guān)斷，可以不加這個(gè)二極管。

7、校核和測(cè)量電路

根據(jù)所選取的標(biāo)稱(chēng)元件值，調(diào)試電路，校核所有參數(shù)是否滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，同時(shí)校核功率MOSFET安全工作區(qū)SOA的裕量，保證系統(tǒng)的安全。如果不滿(mǎn)足，就要對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，然后重復(fù)上述步驟2-步驟7。