MOS管應用領域及工作原理解析-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2021-05-10
1.汽車應用過去的近20年里,汽車用功率MOSFET已經(jīng)得到了長足發(fā)展。選用功率MOSFET是因為其能夠耐受汽車電子系統(tǒng)中常遇到的掉載和系統(tǒng)能量突變等引起的 瞬態(tài)高壓現(xiàn)象,且其封裝簡單,主要采用TO220 和 TO247封裝。
同時,電動車窗、燃油噴射、間歇式雨刷和巡航控制等應用已逐漸成為大多數(shù)汽車的標配,在設計中需要類似的功率器件。在這期間,隨著電機、 螺線管和燃油噴射器日益普及,車用功率MOSFET也不斷發(fā)展壯大。
汽車設備中所用的MOSFET器件涉及廣泛的電壓、電流和導通電阻范圍。電機控制設備橋接配置會使用30V和40V擊穿電壓型號;而在必須控制負載突卸和 突升啟動情況的場合,會使用60V裝置驅(qū)動負載;當行業(yè)標準轉(zhuǎn)移至42V電池系統(tǒng)時,則需采用75V技術。
高輔助電壓的設備需要使用100V至150V型 款;至于400V以上的MOSFET器件則應用于發(fā)動機驅(qū)動器機組和高亮度放電(HID)前燈的控制電路。
汽車MOSFET驅(qū)動電流的范圍由2A至100A以上,導通電阻的范圍為2mΩ至100mΩ。MOSFET的負載包括電機、閥門、燈、加熱部件、電容性壓電組件和DC/DC電源。
開關頻率的范圍通常為10kHz 至100kHz,必須注意的是,電機控制不適用開關頻率在20kHz以上。其它的主要需求是UIS性能,結點溫度極限下(-40度至175度,有時高達200度)的工作狀況,以及超越汽車使用壽命的高可靠性。
2. LED 燈具的驅(qū)動。設計LED燈具的時候經(jīng)常要使用MOS管,對LED恒流驅(qū)動而言,一般使用NMOS。功率MOSFET和雙極型晶體管不同,它的柵極電容比較大,在導通之前要先對該電容充電,當電容電壓超過閾值電壓(VGS-TH)時MOSFET才開始導通。
因此,設計時必須注意柵極驅(qū)動器負載能力必須足夠大,以保證在系統(tǒng)要求的時間內(nèi)完成對等效柵極電容(CEI)的充電。而MOSFET的開關速度和其輸入電容的充放電有很大關系。
使用者雖然無法降低Cin的值,但可以降低柵極驅(qū)動回路信號源內(nèi)阻Rs的值,從而減小柵極回路 的充放電時間常數(shù),加快開關速度一般IC驅(qū)動能力主要體現(xiàn)在這里,我們談選擇MOSFET是指外置MOSFET驅(qū)動恒流IC。
內(nèi)置MOSFET的IC當然 不用我們再考慮了,一般大于1A電流會考慮外置MOSFET.為了獲得到更大、更靈活的LED功率能力,外置MOSFET是唯一的選擇方式,IC需要合適 的驅(qū)動能力,MOSFET輸入電容是關鍵的參數(shù)。
一般IC的PWM OUT輸出內(nèi)部集成了限流電阻,具體數(shù)值大小同IC的峰值驅(qū)動輸出能力有關,可以近似認為R=Vcc/Ipeak.一般結合IC驅(qū)動能力 Rg選擇在10-20Ω左右。
一般的應用中IC的驅(qū)動可以直接驅(qū)動MOSFET,但是考慮到通常驅(qū)動走線不是直線,感量可能會更大,并且為了防止外部干擾,還是要使用Rg驅(qū)動電阻進行抑制.考慮到走線分布電容的影響,這個電阻要盡量靠近MOSFET的柵極。
3.開關電源應用從定義上而言,這種應用需要MOSFET定期導通和關斷。同時,有數(shù)十種拓撲可用于開關電源,這里考慮一個簡單的例子。
DC-DC電源中常用的基本降壓轉(zhuǎn)換器依靠兩個MOSFET來執(zhí)行開關功能(下圖),這些開關交替在電感里存儲能量,然后把能量開釋給負載。
目前,設計職員經(jīng)常選擇數(shù)百kHz乃至1 MHz以上的頻率,由于頻率越高,磁性元件可以更小更輕。開關電源中第二重要的MOSFET參數(shù)包括輸出電容、閾值電壓、柵極阻抗和雪崩能量。
4.馬達控制應用馬達控制應用是功率MOSFET大有用武之地的另一個應用領域。典型的半橋式控制電路采用2個MOSFET (全橋式則采用4個),但這兩個MOSFET的關斷時間(死區(qū)時間)相等。
對于這類應用,反向恢復時間(trr) 非常重要。在控制電感式負載(比如馬達繞組)時,控制電路把橋式電路中的MOSFET切換到關斷狀態(tài),此時橋式電路中的另一個開關經(jīng)過MOSFET中的體二極管臨時反向傳導電流。
于是,電流重新循環(huán),繼續(xù)為馬達供電。當?shù)谝粋€MOSFET再次導通時,另一個MOSFET二極管中存儲的電荷必須被移除,通過第一個MOSFET放電,而這是一種能量的損耗,故trr 越短,這種損耗越小。
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