工程師不得不知的MOS管驅(qū)動電路設計細節(jié)
發(fā)布日期:2023-08-30
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一般認為MOSFET是電壓驅(qū)動的，不需要驅(qū)動電流。然而，在MOS的G S兩級之間有結(jié)電容存在，這個電容會讓驅(qū)動MOS變的不那么簡單。
如果不考慮紋波和EMI等要求的話，MOS管開關(guān)速度越快越好，因為開關(guān)時間越短，開關(guān)損耗越小，而在開關(guān)電源中開關(guān)損耗占總損耗的很大一部分，因此MOS管驅(qū)動電路的好壞直接決定了電源的效率。
對于一個MOS管，如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短，那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似，如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短，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)動電流。
大家常用的PWM芯片輸出直接驅(qū)動MOS或者用三極管放大后再驅(qū)動MOS的方法，其實在瞬間驅(qū)動電流這塊是有很大缺陷的。
比較好的方法是使用專用的MOSFET驅(qū)動芯片如TC4420來驅(qū)動MOS管，這類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)動芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：
MOS驅(qū)動電路設計需要注意的地方：
因為驅(qū)動線路走線會有寄生電感，而寄生電感和MOS管的結(jié)電容會組成一個LC振蕩電路，如果直接把驅(qū)動芯片的輸出端接到MOS管柵極的話，在PWM波的上升下降沿會產(chǎn)生很大的震蕩，導致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。
因為MOS管柵極高輸入阻抗的特性，一點點靜電或者干擾都可能導致MOS管誤導通，所以建議在MOS管G S之間并聯(lián)一個10K的電阻以降低輸入阻抗。
如果擔心附近功率線路上的干擾耦合過來產(chǎn)生瞬間高壓擊穿MOS管的話，可以在GS之間再并聯(lián)一個18V左右的TVS瞬態(tài)抑制二極管。
TVS可以認為是一個反應速度很快的穩(wěn)壓管，其瞬間可以承受的功率高達幾百至上千瓦，可以用來吸收瞬間的干擾脈沖。
MOS管驅(qū)動電路參考
MOS管驅(qū)動電路的布線設計
MOS管驅(qū)動線路的環(huán)路面積要盡可能小，否則可能會引入外來的電磁干擾。
驅(qū)動芯片的旁路電容要盡量靠近驅(qū)動芯片的VCC和GND引腳，否則走線的電感會很大程度上影響芯片的瞬間輸出電流。
常見的MOS管驅(qū)動波形
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電感太大，柵極電阻都救不了你，只能重新畫板子。
高頻振鈴嚴重的毀容方波。
在上升下降沿震蕩嚴重，這種情況管子一般瞬間死掉，跟上一個情況差不多，進線性區(qū)。
原因也類似，主要是布線的問題。又胖又圓的肥豬波。
上升下降沿極其緩慢，這是因為阻抗不匹配導致的。
芯片驅(qū)動能力太差或者柵極電阻太大。
果斷換大電流的驅(qū)動芯片，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，人見人愛的方波。
高低電平分明，電平這時候可以叫電平了，因為它平。邊沿陡峭，開關(guān)速度快，損耗很小，略有震蕩，可以接受，管子進不了線性區(qū)，強迫癥的話可以適當調(diào)大柵極電阻。
方方正正的帥哥波，無振鈴無尖峰無線性損耗的三無產(chǎn)品，這就是 完美的波形了。
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