淺談MOSFET的驅(qū)動(dòng)及吸收電路|詳細(xì)解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2020-12-17
絕緣柵型電力場效應(yīng)管(電力MOSFET)是一種多數(shù)載流子導(dǎo)電的電壓控制單級型晶體管。具有工作頻率高，開關(guān)速度快,以及驅(qū)動(dòng)電路簡單等特性,常用于小功率的開關(guān)電源等電路中。本文介紹了MOSFET的開關(guān)特性驅(qū)動(dòng)要求,重點(diǎn)講述了吸收電路的應(yīng)用,可有效保護(hù)MOSFET并減小開關(guān)噪聲。
MOSFET等效電路模型,包括Rg，Lg,即封裝端到實(shí)際的柵極線路電阻和電感,輸入電容(Ciss)、跨接電容(Crss)、輸出電容(Coss )分別為:Ciss=Cgs+Cgd ,Crss=Cgd ,Coss=Cds+Cgd。
MOSFET的開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生過電壓,包括換相過電壓和關(guān)斷過電壓，兩者均是由于線路電感中的電流迅速下降, 產(chǎn)生較大di/dt,致使管子兩端產(chǎn)生過點(diǎn)壓。
換相過電壓主要由于MOSFET及與其反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷能力,有較大的反相電流流過,使殘存的載流子恢復(fù), 而當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時(shí),反向電流急劇減小,有電流的突變。
關(guān)斷過電壓主要是管子在較高頻下工作,當(dāng)器件關(guān)斷時(shí),正向電流迅速降低,有電流的突變。(如圖1所示,在開關(guān)的過程中,漏極電壓有很大尖峰噪聲。)
電力MOSFET是電壓驅(qū)動(dòng)器件,其柵源之間有數(shù)千皮法的電容(Cgs) ,柵極電壓的高低直接影響著MOSFET的通態(tài)壓降及開關(guān)性能。柵壓過低。通態(tài)損耗增大,開通時(shí)間長;柵壓增高。開通時(shí)間減小,損耗減小,但關(guān)斷時(shí)間增加,電路故障時(shí)的短路電流增大。
且隨著柵壓的增高,柵壓噪聲容限降低,容易造成柵極擊穿。故在一般頻率下，柵極驅(qū)動(dòng)電壓為12-15V。 而關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓有利于減小關(guān)斷時(shí)間和損耗,一般為-5V-15V。
為了減小寄生振蕩,可在柵極串入一只低阻抗電阻,一般為十幾Ω。如果柵源阻抗過高,當(dāng)漏源電壓突變時(shí)可能造成柵源電壓尖峰電壓,可以在柵源間并接阻尼電阻,一般為十幾KΩ,或并接約20V的齊納二極管。
在MOSFET的柵極加方波,由于有輸入電容的充放電過程,柵極電壓呈梯形波。方波的上升沿，Ugs呈指數(shù)增長,當(dāng)Ugs大于開啟電壓,開始出現(xiàn)漏極電流,MOSFET導(dǎo)通。方波沿指數(shù)曲線下降,當(dāng)Ugs下降到Ugsp時(shí),漏極電流減小,MOSFET關(guān)斷。
因此要快速建立合適的驅(qū)動(dòng)電壓，其驅(qū)動(dòng)電路需保證:驅(qū)動(dòng)電路要有較小的輸出電阻;要有足夠大的柵源驅(qū)動(dòng)電壓;足夠的驅(qū)動(dòng)電流;為減小寄生震蕩，可以再柵極串入一只低值電阻，阻值隨被驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大而減小;觸發(fā)脈沖的前后沿要陡峭;關(guān)斷時(shí)可施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓。
由于在管子的開關(guān)過程中有過電壓、過電流的產(chǎn)生,因此,合適的吸收保護(hù)電路是必要的。吸收電路可分為關(guān)斷吸收電路(即du/dt吸收電路)和開通吸收電路(即di/dt吸收電路)。
常用的是di/dt抑制電路和充放電型RCD吸收電路(如圖2所示)。
RCD吸收電路可以緩沖關(guān)斷時(shí)du/dt,V開通時(shí)緩沖電容Cs先通過Rs向V放電,使ic有一定的預(yù)值。
然后,di/dt抑制電路使ic上升減緩。在V關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過VDs向Cs分流,抑制了du/dt和過電壓。其中，電感較小,但要求通流量大,可用磁珠或是將導(dǎo)線繞幾圈代替。二極管均要求是快速恢復(fù)型的。
電容為吸收電容,常用聚丙稀無感電容,其耐壓由電路中的電壓值而定。連接電路時(shí)要注意各器件相互靠近,引線盡量短。
其容量值由能量守恒可得:
接上吸收電路后，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證開關(guān)尖峰明顯減小，管子的發(fā)熱情況也有大大緩解。
通過對電力MOSFET特性的探究，可知，采用合適的驅(qū)動(dòng)電路以及吸收回路，準(zhǔn)確計(jì)算器件的參數(shù)值可以使管子工作在高效狀態(tài)，同時(shí)減小噪聲。
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