咱们在运用MOS管和规划MOS管驱动的时分,有许多寄生参数,其中最影响MOS管开关功能的是源边感抗。寄生的源边感抗主要有两种来历,第一个便是晶圆DIE和封装之间的Bonding线的感抗,别的一个便是源边引脚到地的PCB走线的感抗(地是作为驱动电路的旁路电容和电源网络滤波网的回来途径)。在某些情况下,参加丈量电流的小电阻也或许发作额定的感抗。
mos管是什么?
mos管是金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管,或许称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的source和drain是能够对调的,他们都是在P型backgate中构成的N型区。在大都情况下,这个两个区是相同的,即便两头对调也不会影响器材的功能。这样的器材被认为是对称的。
双极型晶体管把输入端电流的细小改变扩大后,在输出端输出N沟道mos管符号一个大的电流改变。双极型晶体管的增益就界说为输出输入电流之比(beta)。另一种晶体管,叫做场效应管(FET),把输入电压的改变转化为输出电流的改变。FET的增益等于它的transconductance, 界说为输出电流的改变和输入电压改变之比。市面上常有的一般为N沟道和P沟道,概况参阅右侧图片(N沟道耗尽型MOS管)。而P沟道常见的为低压mos管
场效应管经过投影P沟道mos管符号一个电场在一个绝缘层上来影响流过晶体管的电流。事实上没有电流流过这个绝缘体,所以FET管的GATE电流十分小。最一般的FET用一薄层二氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。这种晶体管称为金属氧化物半导体(MOS)晶体管,或,金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。因为MOS管更小更省电,所以他们已经在许多运用场合替代了双极型晶体管。
咱们剖析一下源边感抗带来的影响:
1.使得MOS管的敞开推迟和关断推迟添加
因为存在源边电感,在敞开和关段初期,电流的改变被拽了,使得充电和放电的时刻变长了。一起源感抗和等效输入电容之间会发作谐振(这个谐振是因为驱动电压的快速变压构成的,也是咱们在G端看到震动尖峰的原因),咱们参加的门电阻Rg和内部的栅极电阻Rm都会按捺这个震动(震动的Q值十分高)。
咱们需求参加的优化电阻的值能够经过上述的公式选取,假如电阻过大则会引起G端电压的过冲(长处是加快了敞开的进程),电阻过小则会使得敞开进程变得很慢,加大了敞开的时刻(尽管G端电压会被按捺)。
园感抗别的一个影响是阻止Id的改变,当敞开的时分,初始时di/dt偏大,因而在原感抗上发作了较大压降,然后使得源点点位举高,使得Vg电压大部分加在电感上面,因而使得G点的电压改变减小,从而构成了一种平衡(负反馈体系)。
别的一个重要的寄生参数是漏极的感抗,主要是有内部的封装电感以及衔接的电感所组成。
在敞开状况的时分Ld起到了很好的效果(Subber吸收的效果),敞开的时分因为Ld的效果,有用的约束了di/dt/(一起减少了敞开的功耗)。在关断的时分,因为Ld的效果,Vds电压构成显着的下冲(负压)并明显的添加了关断时分的功耗。
下面谈一下驱动(直连或耦合的)的一些重要特性和典型环节:
直连电路最大应战是优化布局
实际上驱动器和MOS管一般脱离很远,因而在源级到回来途径的环路上存在很大的感抗,即便咱们考虑运用地平面,那么咱们依旧需求一段很粗的PCB线衔接源级和地平面。
别的一个问题是大部分的集成芯片的输出电流都比较小,因为因为操控频率较高,晶圆巨细受到约束。一起内部功耗很高也导致了IC的本钱较高,因而咱们需求一些扩展分立的电路。
旁路电容的巨细
因为敞开的瞬间,MOS管需求汲取很多的电流,因而旁路电容需求尽或许的靠近驱动器电源端。
有两个电流需求咱们去考虑:第一个是驱动器静态电流,它收到输入状况的影响。他能够发作一个和占空比相关的纹波。
别的一个是G极电流,MOS管注册的时分,充电电流时将旁路电流的能量传输至MOS管输入电容上。其纹波巨细可用公式来标明,最终两个可合在一起。
驱动器维护
假如驱动器输出级为晶体管,那么咱们还需求恰当的维护来避免反向电流。一般为了本钱考虑,咱们选用NPN的输出级电路。NPN管子只能接受单向电流,高边的管子输出电流,低边的管子吸收电流。在敞开和封闭的时分,无可避免的源感抗和输入电容之间的振动使得电流需求上下两个方向都有通路,为了供给一条方向通路,低电压的肖特基二极管能够用来维护驱动器的输出级,这儿留意这两个管子并不能维护MOS管的输入级(离MOS管较远),因而二极管需求离驱动器引脚十分近。
晶体管的图腾柱结构
这是最廉价和有用地驱动方法,此电路需求尽量考虑MOS管,这样能够使得敞开时大电流环路尽或许小,而且此电路需求专门的旁路电容。Rgate是可选的,Rb能够依据晶体管的扩大倍数来挑选。两个BE之间的PN结有用的完成了反压时分的彼此维护,并能有用的把电压嵌位在VCC+Vbe,GND-Vbe之间。