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MOS管驱动电路的设计
闫力
生命信息与仪器工程学院
有关MOSFET的基本知识
一般认为MOSFET是电压驱动的,不需要驱动电流
然而,在MOS的G S两级之间有结电容存在,这个电容会让驱动MOS变的不那么简单
有关MOSFET的基本知识
如果不考虑纹波和EMI等要求的话,MOS管开关速度越快越好,因为开关时间越短,开关损耗越小,而在开关电源中开关损耗占总损耗的很大一部分,因此MOS管驱动电路的好坏直接决定了电源的效率
对于一个MOS管,如果把GS之间的电压从0拉到管子的开启电压所用的时间越短,那么MOS管开启的速度就会越快。与此类似,如果把MOS管的GS电压从开启电压降到0V的时间越短,那么MOS管关断的速度也就越快
有关MOSFET的基本知识
由此我们可以知道,如果想在更短的时间内把GS电压拉高或者拉低,就要给MOS管栅极更大的瞬间驱动电流。
大家常用的PWM芯片输出直接驱动MOS或者用三极管放大后再驱动MOS的方法,其实在瞬间驱动电流这块是有很大缺陷的。
比较好的方法是使用专用的MOSFET驱动芯片如TC4420来驱动MOS管,这类的芯片一般有很大的瞬间输出电流,而且还兼容TTL电平输入
MOSFET驱动芯片的内部结构
MOS驱动电路设计需要注意的地方
因为驱动线路走线会有寄生电感,而寄生电感和MOS管的结电容会组成一个LC振荡电路,如果直接把驱动芯片的输出端接到MOS管栅极的话,在PWM波的上升下降沿会产生很大的震荡,导致MOS管急剧发热甚至爆炸,一般的解决方法是在栅极串联10欧左右的电阻,降低LC振荡电路的Q值,使震荡迅速衰减掉。
MOS驱动电路设计需要注意的地方
因为MOS管栅极高输入阻抗的特性,一点点静电或者干扰都可能导致MOS管误导通,所以建议在MOS管G S之间并联一个10K的电阻以降低输入阻抗
如果担心附近功率线路上的干扰耦合过来产生瞬间高压击穿MOS管的话,可以在GS之间再并联一个18V左右的TVS瞬态抑制二极管,TVS可以认为是一个反应速度很快的稳压管,其瞬间可以承受的功率高达几百至上千瓦,可以用来吸收瞬间的干扰脉冲。
MOS管驱动电路参考
MOS管驱动电路的布线设计
MOS管驱动线路的环路面积要尽可能小,否则可能会引入外来的电磁干扰
驱动芯片的旁路电容要尽量靠近驱动芯片的VCC和GND引脚,否则走线的电感会很大程度上影响芯片的瞬间输出电流
MOS管驱动电路布线参考
常见的MOS管驱动波形
如果出现了这样圆不溜秋的波形就等着核爆吧。。。有很大一部分时间管子都工作在线性区,损耗极其巨大。。
一般这种情况是布线太长电感太大,栅极电阻都救不了你,只能重新画板子
常见的MOS管驱动波形
高频振铃严重的毁容方波。。
在上升下降沿震荡严重,这种情况管子一般瞬间死掉。。跟上一个情况差不多,进线性区。。。BOOM!!原因也类似,主要是布线的问题
常见的MOS管驱动波形
又胖又圆的肥猪波。。
上升下降沿极其缓慢,这是因为阻抗不匹配导致的。。。芯片驱动能力太差或者栅极电阻太大。。
果断换大电流的驱动芯片,栅极电阻往小调调就OK了
常见的MOS管驱动波形
打肿脸充正弦的生于方波他们家的三角波
驱动电路阻抗超大发了。。。。此乃管子必杀波。。
解决方法同上
常见的MOS管驱动波形
大众脸型,人见人爱的方波。。
高低电平分明,电平这时候可以叫电平了,因为它平。。。
边沿陡峭,开关速度快,损耗很小
略有震荡,可以接受,管子进不了线性区,强迫症的话可以适当调大栅极电阻
常见的MOS管驱动波形
方方正正的帅哥波~~
无振铃吴剑锋无线性损耗的三无产品
这就是最完美的波形了
再给大家推荐一些驱动MOS的芯片
TC4420:比较常规的一款驱动芯片,峰值电流6A
MIC4452:引脚和TC4420完全兼容,但峰值电流9A,适合驱动一些大一点的MOS,也可以驱动小MOS以获得极快的开关速度来挤效率(纹波可能会变大 )
IR2110:半桥自举驱动,2A输出,用来驱动半桥和全桥很好用,但IR2110并不是隔离芯片,所以需要注意布线和电路设计,防止高压反灌回去烧掉主控
再给大家推荐一些驱动MOS的芯片
TLP250:2A推挽输出的光电耦合器,可以用来做隔离的MOS管驱动,但光耦延时较大,不建议用在50K以上的频率,做H桥隔离驱动还是挺好用的。
IXDD430:这个比较变态,30A的瞬间驱动电流,适合应用在像13年国赛题那样完全不考虑纹波只在乎效率的场合中,当然价格也十分感人,不到万不得已不建议使用
拓展知识
在中小功率全桥和半桥开关电源中常使用栅极驱动变压器来驱动MOS管
更大功率的开关电源和变频器一般使用悬浮驱动电路,需要多路隔离电源,采用光耦或者脉冲变压器传递驱动信号,电路比较复杂,但性能非常好
在驱动大功率MOS管的时候,需要注意米勒效应的影响
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