MOS管寄生參數的影響和其驅動電路要點
發布時間:2019-06-17 來源:朱玉龍 責任編輯:wenwei
【導讀】我們在應用MOS管和設計MOS管驅動的時候,有很多寄生參數,其中最影響MOS管開關性能的是源邊感抗。寄生的源邊感抗主要有兩種來源,第一個就是晶圓DIE和封裝之間的Bonding線的感抗,另外一個就是源邊引腳到地的PCB走線的感抗(地是作為驅動電路的旁路電容和電源網絡濾波網的返回路徑)。在某些情況下,加入測量電流的小電阻也可能產生額外的感抗。
我們分析一下源邊感抗帶來的影響:
1.使得MOS管的開啟延遲和關斷延遲增加
youyucunzaiyuanbiandiangan,zaikaiqiheguanduanchuqi,dianliudebianhuabeizhuaile,shidechongdianhefangdiandeshijianbianchangle。tongshiyuangankanghedengxiaoshurudianrongzhijianhuifashengxiezhen(這個諧振是由於驅動電壓的快速變壓形成的,也是我們在G端看到震蕩尖峰的原因),我們加入的門電阻Rg和內部的柵極電阻Rm都會抑製這個震蕩(震蕩的Q值非常高)。

我們需要加入的優化電阻的值可以通過上述的公式選取,如果電阻過大則會引起G端電壓的過衝(優點是加快了開啟的過程),電阻過小則會使得開啟過程變得很慢,加大了開啟的時間(雖然G端電壓會被抑製)。
園感抗另外一個影響是阻礙Id的變化,當開啟的時候,初始時di/dt偏大,因此在原感抗上產生了較大壓降,從而使得源點點位抬高,使得Vg電壓大部分加在電感上麵,因此使得G點的電壓變化減小,進而形成了一種平衡(負反饋係統)。
另外一個重要的寄生參數是漏極的感抗,主要是有內部的封裝電感以及連接的電感所組成。
在開啟狀態的時候Ld起到了很好的作用(Subber吸收的作用),開啟的時候由於Ld的作用,有效的限製了di/dt/(同時減少了開啟的功耗)。在關斷的時候,由於Ld的作用,Vds電壓形成明顯的下衝(負壓)並顯著的增加了關斷時候的功耗。
下麵談一下驅動(直連或耦合的)的一些重要特性和典型環節:
直連電路最大挑戰是優化布局
實際上驅動器和MOS管一般離開很遠,因此在源級到返回路徑的環路上存在很大的感抗,即使我們考慮使用地平麵,那麼我們仍舊需要一段很粗的PCB線連接源級和地平麵。

另外一個問題是大部分的集成芯片的輸出電流都比較小,因為由於控製頻率較高,晶圓大小受到限製。同時內部功耗很高也導致了IC的成本較高,因此我們需要一些擴展分立的電路。
旁路電容的大小
由於開啟的瞬間,MOS管需要吸取大量的電流,因此旁路電容需要盡可能的貼近驅動器電源端。
有兩個電流需要我們去考慮:第一個是驅動器靜態電流,它收到輸入狀態的影響。他可以產生一個和占空比相關的紋波。
另外一個是G極電流,MOS管開通的時候,充電電流時將旁路電流的能量傳輸至MOS管輸入電容上。其紋波大小可用公式來表明,最後兩個可合在一起。
驅動器保護

如果驅動器輸出級為晶體管,那麼我們還需要適當的保護來防止反向電流。一般為了成本考慮,我們采用NPN的輸出級電路。NPNguanzizhinengchengshoudanxiangdianliu,gaobiandeguanzishuchudianliu,dibiandeguanzixishoudianliu。zaikaiqiheguanbideshihou,wukebimiandeyuangankangheshurudianrongzhijiandezhendangshidedianliuxuyaoshangxialianggefangxiangdouyoutonglu,weiletigongyitiaofangxiangtonglu,didianyadexiaotejierjiguankeyiyonglaibaohuqudongqideshuchuji,zhelizhuyizhelianggeguanzibingbunengbaohuMOS管的輸入級(離MOS管較遠),因此二極管需要離驅動器引腳非常近。
晶體管的圖騰柱結構

這是最便宜和有效地驅動方式,此電路需要盡量考慮MOS管,這樣可以使得開啟時大電流環路盡可能小,並且此電路需要專門的旁路電容。Rgate是可選的,Rb可以根據晶體管的放大倍數來選擇。兩個BE之間的PN結有效的實現了反壓時候的相互保護,並能有效的把電壓嵌位在VCC+Vbe,GND-Vbe之間。
加速器件
MOS管開通的時候,開啟的速度主要取決於二極管的反向特性。
因此MOS管關斷的時間需要我們去優化,放電曲線取決於Rgate,Rgate越小則關斷越快。下麵有好幾個方案:
1.二極管關斷電路

這是最簡單的加速電路。Rgate調整著MOS管的開啟速度,當關斷的時候,由二極管短路電阻,此時G極電流最小為:Imin=Vf / Rgate 。
此電路的優點是大大加速了關斷的速度,但是它僅在電壓高的時候工作,且電流仍舊流向驅動器。
2.PNP關斷電路

這是最流行和通用的電路,利用PNP的管子,在關斷期間,源極和柵極被短路了。二極管提供了開啟時候的電流通路(並且有保護PNP管子eb免受反向電壓的影響),Rgate限製了開啟的速度。
電dian路lu的de最zui大da的de好hao處chu是shi放fang電dian電dian流liu的de尖jian峰feng被bei限xian製zhi在zai最zui小xiao的de環huan路lu中zhong,電dian流liu並bing不bu返fan回hui至zhi驅qu動dong器qi,因yin此ci也ye不bu會hui造zao成cheng地di彈dan的de現xian象xiang,驅qu動dong器qi的de功gong率lv也ye小xiao了le一yi半ban,三san極ji管guan的de存cun在zai減jian小xiao了le回hui路lu電dian感gan。
仔細看這個電路其實是圖騰柱結構的簡化,電路的唯一的缺點是柵極電壓並不釋放到0V,而是存在EC極的壓差。
3.NPN關斷電路

優點和上麵的PNP管子相同,缺點是加入了一個反向器,加入反向器勢必會造成延遲。
4.NMOS關斷電路

這個電路可以使得MOS管關斷非常快,並且柵極電壓完全釋放至零電壓。不過小NMOS管子需要一個方向電壓來驅動。 問題也存在,NMOS的Coss電容和主MOS管的CISS合成變成等效的電容了。
推薦閱讀:
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 一秒檢測,成本降至萬分之一,光引科技把幾十萬的台式光譜儀“搬”到了手腕上
- AI服務器電源機櫃Power Rack HVDC MW級測試方案
- 突破工藝邊界,奎芯科技LPDDR5X IP矽驗證通過,速率達9600Mbps
- 通過直接、準確、自動測量超低範圍的氯殘留來推動反滲透膜保護
- 從技術研發到規模量產:恩智浦第三代成像雷達平台,賦能下一代自動駕駛!
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
按鈕開關
白色家電
保護器件
保險絲管
北鬥定位
北高智
貝能科技
背板連接器
背光器件
編碼器型號
便攜產品
便攜醫療
變容二極管
變壓器
檳城電子
並網
撥動開關
玻璃釉電容
剝線機
薄膜電容
薄膜電阻
薄膜開關
捕魚器
步進電機
測力傳感器
測試測量
測試設備
拆解
場效應管
超霸科技




