MOS管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，如何讓MOS管快速開(kāi)啟和關(guān)閉？
時(shí)間：2021-08-07 10:32:51
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MOS
電路設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)電路
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[導(dǎo)讀]關(guān)于MOS管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，本文談一談如何讓MOS管快速開(kāi)啟和關(guān)閉。一般認(rèn)為MOSFET（MOS管）是電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要驅(qū)動(dòng)電流。然而，在MOS管的G極和S極之間有結(jié)電容存在，這個(gè)電容會(huì)讓驅(qū)動(dòng)MOS變的不那么簡(jiǎn)單。下圖的3個(gè)電容為MOS管的結(jié)電容，電感為電路走線的寄生電感：如果不考...
關(guān)于MOS管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，本文談一談如何讓MOS管快速開(kāi)啟和關(guān)閉。一般認(rèn)為MOSFET（MOS管）是電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要驅(qū)動(dòng)電流。然而，在MOS管的G極和S極之間有結(jié)電容存在，這個(gè)電容會(huì)讓驅(qū)動(dòng)MOS變的不那么簡(jiǎn)單。
下圖的3個(gè)電容為MOS管的結(jié)電容，電感為電路走線的寄生電感：
如果不考慮紋波、EMI和沖擊電流等要求的話(huà)，MOS管開(kāi)關(guān)速度越快越好。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)時(shí)間越短，開(kāi)關(guān)損耗越小，而在開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)損耗占總損耗的很大一部分，因此MOS管驅(qū)動(dòng)電路的好壞直接決定了電源的效率。怎么做到MOS管的快速開(kāi)啟和關(guān)閉呢？對(duì)于一個(gè)MOS管，如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開(kāi)啟電壓所用的時(shí)間越短，那么MOS管開(kāi)啟的速度就會(huì)越快。與此類(lèi)似，如果把MOS管的GS電壓從開(kāi)啟電壓降到0V的時(shí)間越短，那么MOS管關(guān)斷的速度也就越快。由此我們可以知道，如果想在更短的時(shí)間內(nèi)把GS電壓拉高或者拉低，就要給MOS管柵極更大的瞬間驅(qū)動(dòng)電流。大家常用的PWM芯片輸出直接驅(qū)動(dòng)MOS或者用三極管放大后再驅(qū)動(dòng)MOS的方法，其實(shí)在瞬間驅(qū)動(dòng)電流這塊是有很大缺陷的。比較好的方法是使用專(zhuān)用的MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片如TC4420來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS管，這類(lèi)的芯片一般有很大的瞬間輸出電流，而且還兼容TTL電平輸入，MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：MOS驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)需要注意的地方：因?yàn)轵?qū)動(dòng)線路走線會(huì)有寄生電感，而寄生電感和MOS管的結(jié)電容會(huì)組成一個(gè)LC振蕩電路，如果直接把驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端接到MOS管柵極的話(huà)，在PWM波的上升下降沿會(huì)產(chǎn)生很大的震蕩，導(dǎo)致MOS管急劇發(fā)熱甚至爆炸，一般的解決方法是在柵極串聯(lián)10歐左右的電阻，降低LC振蕩電路的Q值，使震蕩迅速衰減掉。因?yàn)镸OS管柵極高輸入阻抗的特性，一點(diǎn)點(diǎn)靜電或者干擾都可能導(dǎo)致MOS管誤導(dǎo)通，所以建議在MOS管G極和S極之間并聯(lián)一個(gè)10K的電阻以降低輸入阻抗。如果擔(dān)心附近功率線路上的干擾耦合過(guò)來(lái)產(chǎn)生瞬間高壓擊穿MOS管的話(huà)，可以在GS之間再并聯(lián)一個(gè)18V左右的TVS瞬態(tài)抑制二極管。TVS可以認(rèn)為是一個(gè)反應(yīng)速度很快的穩(wěn)壓管，其瞬間可以承受的功率高達(dá)幾百至上千瓦，可以用來(lái)吸收瞬間的干擾脈沖。綜上，MOS管驅(qū)動(dòng)電路參考：MOS管驅(qū)動(dòng)電路的布線設(shè)計(jì)：MOS管驅(qū)動(dòng)線路的環(huán)路面積要盡可能小，否則可能會(huì)引入外來(lái)的電磁干擾。驅(qū)動(dòng)芯片的旁路電容要盡量靠近驅(qū)動(dòng)芯片的VCC和GND引腳，否則走線的電感會(huì)很大程度上影響芯片的瞬間輸出電流。常見(jiàn)的MOS管驅(qū)動(dòng)波形：如果出現(xiàn)了這樣圓不溜秋的波形就等著核爆吧。有很大一部分時(shí)間管子都工作在線性區(qū)，損耗極其巨大。一般這種情況是布線太長(zhǎng)電感太大，柵極電阻都救不了你，只能重新畫(huà)板子。高頻振鈴嚴(yán)重的毀容方波：在上升下降沿震蕩嚴(yán)重，這種情況管子一般瞬間死掉，跟上一個(gè)情況差不多，進(jìn)線性區(qū)。原因也類(lèi)似，主要是布線的問(wèn)題。又胖又圓的肥豬波。上升下降沿極其緩慢，這是因?yàn)樽杩共黄ヅ鋵?dǎo)致的。芯片驅(qū)動(dòng)能力太差或者柵極電阻太大。果斷換大電流的驅(qū)動(dòng)芯片，柵極電阻往小調(diào)調(diào)就OK了。打腫臉充正弦的生于方波他們家的三角波：驅(qū)動(dòng)電路阻抗超大發(fā)了，此乃管子必殺波，解決方法同上。大眾臉型，人見(jiàn)人愛(ài)的方波：高低電平分明，電平這時(shí)候可以叫電平了，因?yàn)樗健?/span>邊沿陡峭，開(kāi)關(guān)速度快，損耗很小，略有震蕩，可以接受，管子進(jìn)不了線性區(qū)，強(qiáng)迫癥的話(huà)可以適當(dāng)調(diào)大柵極電阻。方方正正的帥哥波，無(wú)振鈴無(wú)尖峰無(wú)線性損耗的三無(wú)產(chǎn)品，這就是最完美的波形了。
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