射极跟随器时的功率MOSFET的驱动

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功率mos管工作原理与几种常见驱动电路图

功率mos管工作原理与几种常见驱动电路图

功率mos管工作原理与几种常见驱动电路图
功率MOSFET的工作原理
截止:漏源极间加正电源,栅源极间电压为零。

P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏,漏源极之间无电流流过。

导电:在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过。

但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开,而将P区中的少子电子吸引到栅极下面的P区表面当UGS大于UT(开启电压或阈值电压)时,栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度,使P型半导体反型成N型而成为反型层,该反型层形成N沟道而使PN结J1消失,漏极和源极导电。

几种MOSFET驱动电路介绍及分析
一. 不隔离的互补驱动电路
图7(a)为常用的小功率驱动电路,简单可靠成本低。

适用于不要求隔离的小功率开关设备。

图7(b)所示驱动电路开关速度很快,驱动能力强,为防止两个MOSFET管直通,通常串接一个0.5~1小电阻用于限流,该电路适用于不要求隔离的中功率开关设备。

这两种电路特点是结构简单。

功率MOSFET属于电压型控制器件,只要栅极和源极之间施加的电压超过其阀值电压就会导通。

由于MOSFET存在结电容,关断时其漏源两端电压的突然上升将会通过结电容在栅源两端产生干扰电压。

常用的互补驱动电路的关断回路阻抗小,关断速度较快,但它不能提供负压,故抗干扰性较差。

为了提高电路的抗干扰性,可在此种驱动电路的基础上增加一级有V1、V2、R组成的电路,产生一个负压,电路原理图如图8所示。

当V1导通时,V2关断,两个MOSFET中的上管的栅、源极放电,下管的栅、源极充电,即上管关断,下管导通,则被驱动的功率管关断;反之V1关断时,V2导通,上管导通,。

功率MOSFET驱动电路

功率MOSFET驱动电路

功率MOSFET驱动电路
功率MOSFET是电压型驱动器件,没有少数载流子的存贮效应,输入阻抗高,因而开关速度可以很高,驱动功率小,电路简单。

但功率MOSFET的极间电容较大,输入电容CISS、输出电容COSS和反馈电容CRSS与极间电容的关系可表述为:
功率MOSFET的栅极输入端相当于一个容性网络,它的工作速度与驱动源内阻抗有关。

由于CISS的存在,静态时栅极驱动电流几乎为零,但在开通和关断动态过程中,仍需要一定的驱动电流。

假定开关管饱和导通需要的栅极电压值为VGS,开关管的开通时间TON包括开通延迟时间TD和上升时间TR两部分。

开关管关断过程中,CISS通过ROFF放电,COSS由RL充电,COSS较大,VDS (T)上升较慢,随着VDS(T)上升较慢,随着VDS(T)的升高COSS迅速减小至接近于零时,VDS(T)再迅速上升。

根据以上对功率MOSFET特性的分析,其驱动通常要求:触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度;②开通时以低电阻力栅极电容充电,关断时为栅极提供低电阻放电回路,以提高功率MOSFET的开关速度;③为了使功率MOSFET可靠触发导通,触发脉冲电压应高于管子的开启电压,为了防止误导通,在其截止时应提供负的栅源电压;④功率开关管开关时所需驱动电流为栅极电容的充放电电流,功率管极间电容越大,所需电流越大,即带负载能力越大。

功率场效应晶体管MOSFET原理及其驱动

功率场效应晶体管MOSFET原理及其驱动

功率场效应晶体管MOSFET原理及其驱动MOSFET结构由四部分组成:栅极(Gate)、绝缘层(Insulator)、半导体(Semiconductor)和源、漏电极(Source, Drain)。

其中绝缘层用于隔离栅极与半导体,从而阻止电流通过。

栅极将控制信号输入至绝缘层,以控制MOSFET的导电能力。

根据栅极与半导体之间的性质,MOSFET被分为两种类型:增强型(Enhancement Mode)和耗尽型(Depletion Mode)。

增强型MOSFET的绝缘层隔绝了栅极与半导体,需要外加正向电压使半导体区域形成导电通道。

耗尽型MOSFET的绝缘层不隔绝栅极与半导体,需要外加负向电压才能切断导电通道。

驱动MOSFET时,需要注意以下几个方面的因素:1.驱动电压:MOSFET的驱动电压通常为几伏到几十伏,具体数值根据具体型号而定。

过高的驱动电压可能会损坏MOSFET,而过低的驱动电压则可能导致MOSFET无法正常导通。

2.栅极电流:栅极电流对MOSFET的开关速度和效率有重要影响。

驱动MOSFET时,需要确保栅极电流足够大,以确保MOSFET能够迅速切换到导通或关闭状态。

3.基准电压:为了确保MOSFET完全关闭,需要为栅极提供一个基准电压(通常为0V)以防止误导导通。

在实际驱动中,通过使用专用的驱动器或电路来确保栅极电压为正确的电平。

4.热管理:MOSFET在工作过程中会产生较多的热量,因此需要注意散热问题,以防止过热损坏。

可以使用散热器或风扇等方式进行散热。

总之,MOSFET作为一种功率放大器和开关,具有高效、高频和低功率损耗等优点,在电子设备中有着广泛的应用。

但是在使用过程中需要注意合理的驱动电压和电流,以及热管理等问题,以确保MOSFET的正常工作和长久可靠性。

mosfet的驱动和保护

mosfet的驱动和保护

mosfet的驱动和保护1、电力场效应管的驱动电路电力场效应管是单极型压控器件,开关速度快。

但存在极间电容,器件功率越大,极间电容也越大。

为提高其开关速度,要求驱动电路必须有足够高的输出电压、较高的电压上升率、较小的输出电阻。

另外,还需要一定的栅极驱动电流。

开通时,栅极电流可由下式计算:IGon=CiSSuGS/tr=(GGS+CGD)uGS/ t r (7)关断时,栅极电流由下式计算:IGoff=CGDuDS/tf (8)式(7)是选取开通驱动元件的主要依据,式(8)是选取关断驱动元件的主要依据。

为了满足对电力场效应管驱动信号的要求,一般采用双电源供电,其输出与器件之间可采用直接耦合或隔离器耦合。

电力场效应管的一种分立元件驱电路,如图6所示。

电路由输入光电隔离和信号放大两部分组成。

当输入信号ui 为0时,光电耦合器截止,运算放大器A输出低电平,三极管V3导通,驱动电路约输出负20V驱动电压,使电力场效应管关断。

当输入信号ui为正时,光耦导通,运放A输出高电平,三极管V2导通,驱动电路约输出正20V电压,使电力场效应管开通。

MOSFET的集成驱动电路种类很多,下面简单介绍其中几种:IR2130是美国生产的28引脚集成驱动电路,可以驱动电压不高于600V电路中的MOSFET,内含过电流、过电压和欠电压等保护,输出可以直接驱动6个MOSFET或IGBT。

单电源供电,最大20V。

广泛应用于三相MOSFET和IGBT的逆变器控制中。

IR2237/2137是美国生产的集成驱动电路,可以驱动600V及1200V线路的MOSFET。

其保护性能和抑制电磁干扰能力更强,并具有软启动功能,采用三相栅极驱动器集成电路,能在线间短路及接地故障时,利用软停机功能抑制短路造成过高峰值电压。

利用非饱和检测技术,可以感应出高端MOSFET和IGBT的短路状态。

此外,内部的软停机功能,经过三相同步处理,即使发生因短路引起的快速电流断开现象,也不会出现过高的瞬变浪涌过电压,同时配有多种集成电路保护功能。

mosfet驱动电路工作原理

mosfet驱动电路工作原理

mosfet驱动电路工作原理MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)是电子学中的一种重要的半导体元件,通常被用作开关、放大器、电压控制器等。

在应用中,MOSFET需要配合驱动电路进行控制,使得电路能够正常工作,充分发挥其功能。

本文将围绕MOSFET驱动电路的工作原理进行详细阐述。

一、MOSFET基本原理MOSFET是一种四端口晶体管,其构造包括栅极、漏极、源极和互补MOSFET洞(NMOS)或场效应管(PMOS)。

MOSFET的栅极和漏极之间有一薄的氧化层,可以控制漏极与源极间的导电通道的状态,从而实现电流的控制。

当控制电压加到栅极上时,电场使得氧化层变薄,导致漏极和源极之间的导通电路打开。

反之,当控制电压从栅极移除,氧化层变厚,电路关闭。

二、MOSFET驱动电路原理MOSFET驱动电路经常被用来控制MOSFET开关转换,以改变电路的工作状态。

MOSFET驱动电路的核心在于控制栅压,使得MOSFET的导通状况可以根据需要实时变化。

常见的MOSFET驱动电路主要包括基本共源极、基本共漏极、共射极三种类型。

1.基本共源极MOSFET驱动电路基本共源极MOSFET驱动电路是一种简单的电路方案。

其原理是利用反向二极管来限制MOSFET栅极的过高电压,防止栅极氧化层损坏。

当输入信号上升时,PN结变为正向偏置,电流通过电阻R1向上流,MOSFET的栅极电压升高,使得MOSFET导通;当输入信号下降时,PN结变为反向偏置,但此时MOSFET的电容被放电,使得MOSFET仍然保持导通状态。

2.基本共漏极MOSFET驱动电路基本共漏极MOSFET驱动电路采用共漏极放大电路作为MOSFET的驱动部分,可以大幅提高驱动能力。

当输入信号上升时,MOSFET的栅极电压升高,使得源极电压下降,共漏极电路对源极提供的电压扩大了MOSFET的驱动功率,从而更好地驱动MOSFET;当输入信号下降时,MOSFET的电容放电,使得MOSFET继续导通。

常见的MOSFET驱动方式驱动电路的参数计算

常见的MOSFET驱动方式驱动电路的参数计算

常见的MOSFET驱动方式,驱动电路的参数计算在简单的了解MOS管的基本原理以及相关参数后,如何在实际的电路中运用是我们努力的方向。

比如在实际的MOS驱动电路设计中,如何去根据需求搭建电路,计算参数,根据特性完善电路,根据实际需求留余量等等,在这些约束条件下搭建一个相对完善的电路。

参考了一些资料后,就我目前的需求和自身的理解力分享相关的一些笔记和理解。

1.常见的MOSFET驱动方式直接驱动:最简单的驱动方式,比如用单片机输出PWM信号来驱动较小的MOS。

使用这种驱动方式,应注意几点;一是实际PWM和MOS的走线距离必定导致寄生电感引起震荡噪声,二是芯片的驱动峰值电流,因为不同芯片对外驱动能力不一样。

三是MOS的寄生电容Cgs、Cgd如果比较大,导通就需要大的能量,没有足够的峰值电流,导通的速度就会比较慢。

图腾柱/推拉式驱动电路由两个三极管构成,上管是NPN型,下管是PNP型三极管,两对管共射联接处为输出端,结构类似于乙类推挽功率放大器。

利用这种拓扑放大驱动信号,增强电流能力。

(驱动IC内部也是集成了类似的结构)隔离式驱动电路为了满足安全隔离也会用变压器驱动。

如图其中R1抑制振荡,C1隔直流通交流同时防止磁芯饱和。

隔离式的驱动电路不太常见,就不做过多的了解。

小结:当然除以上驱动电路之外,还有很多其它形式的驱动电路。

对于各种各样的驱动电路并没有一种是最好的,只能结合具体应用,选择最合适的拓扑。

2.驱动电路的参数计算我的实际工作中碰到最多的驱动电路是以下这种能够控制开关速度的驱动电路,我就以它举例做进一步的分析。

如图,在驱动电阻Rg2上并联一个二极管。

其中D1常用快恢复二极管,使关断时间减小同时减小关断损耗,Rg1可以限制关断电流,R1为mos管栅源极的下拉电阻,给mos管栅极积累的电荷提供泄放回路。

(根据MOSFET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R1也起降低输入阻抗作用,一般取值在10k~几十k)Lp为驱动走线的杂散寄生电感,包括驱动IC引脚、MOS引脚、PCB走线的感抗,精确的数值很难确定,通常取几十nH。

详细讲解MOSFET管驱动电路

详细讲解MOSFET管驱动电路

详细讲解M O S F E T管驱动电路在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素;这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不允许的;下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结,其中参考了一些资料,非全部原创;包括MOS管的介绍,特性,驱动以及应用电路;1,MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种另一种是JFET,可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种;至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底;对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS;原因是导通电阻小,且容易制造;所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS;下面的介绍中,也多以NMOS 为主;MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的;寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍;在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管;这个叫体二极管,在驱动感性负载如马达,这个二极管很重要;顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的;2,MOS管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合;NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况低端驱动,只要栅极电压达到4V或10V就可以了;PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况高端驱动;但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS;3,MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗;选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗;现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有;MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的;MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失;通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越快,损失也越大;导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大;缩短开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数;这两种办法都可以减小开关损失;4,MOS管驱动跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了;这个很容易做到,但是,我们还需要速度;在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电;对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大;选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小;第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压;而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压VCC相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V;如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了;很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管;上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压,设计时当然需要有一定的余量;而且电压越高,导通速度越快,导通电阻也越小;现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里,但在12V汽车电子系统里,一般4V导通就够用了;MOS管的驱动电路及其损失,可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs;讲述得很详细,所以不打算多写了;5,MOS管应用电路MOS管最显着的特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光;现在的MOS驱动,有几个特别的需求,1,低压应用当使用5V电源,这时候如果使用传统的图腾柱结构,由于三极管的be有左右的压降,导致实际最终加在gate上的电压只有;这时候,我们选用标称gate电压的MOS管就存在一定的风险;同样的问题也发生在使用3V或者其他低压电源的场合;2,宽电压应用输入电压并不是一个固定值,它会随着时间或者其他因素而变动;这个变动导致PWM电路提供给MOS管的驱动电压是不稳定的;为了让MOS管在高gate电压下安全,很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值;在这种情况下,当提供的驱动电压超过稳压管的电压,就会引起较大的静态功耗;同时,如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压,就会出现输入电压比较高的时候,MOS管工作良好,而输入电压降低的时候gate电压不足,引起导通不够彻底,从而增加功耗;3,双电压应用在一些控制电路中,逻辑部分使用典型的5V或者数字电压,而功率部分使用12V甚至更高的电压;两个电压采用共地方式连接;这就提出一个要求,需要使用一个电路,让低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管,同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问题;在这三种情况下,图腾柱结构无法满足输出要求,而很多现成的MOS驱动IC,似乎也没有包含gate电压限制的结构;于是我设计了一个相对通用的电路来满足这三种需求;电路图如下:图1 用于NMOS的驱动电路图2 用于PMOS的驱动电路这里我只针对NMOS驱动电路做一个简单分析:Vl和Vh分别是低端和高端的电源,两个电压可以是相同的,但是Vl不应该超过Vh;Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱,用来实现隔离,同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通;R2和R3提供了aPWM电压基准,通过改变这个基准,可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置;Q3和Q4用来提供驱动电流,由于导通的时候,Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降,这个压降通常只有左右,大大低于的Vce;R5和R6是反馈电阻,用于对gate电压进行采样,采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈,从而把gate电压限制在一个有限的数值;这个数值可以通过R5和R6来调节;最后,R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制,R4提供了对MOS管的gate电流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制;必要的时候可以在R4上面并联加速电容;这个电路提供了如下的特性:1,用低端电压和PWM驱动高端MOS管;2,用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管;3,gate电压的峰值限制4,输入和输出的电流限制5,通过使用合适的电阻,可以达到很低的功耗;6,PWM信号反相;NMOS并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决;在设计便携式设备和无线产品时,提高产品性能、延长电池工作时间是设计人员需要面对的两个问题;DC-DC转换器具有效率高、输出电流大、静态电流小等优点,非常适用于为便携式设备供电;目前DC-DC转换器设计技术发展主要趋势有:1高频化技术:随着开关频率的提高,开关变换器的体积也随之减小,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善;小功率DC-DC转换器的开关频率将上升到兆赫级;2低输出电压技术:随着半导体制造技术的不断发展,微处理器和便携式电子设备的工作电压越来越低,这就要求未来的DC-DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的要求;这些技术的发展对电源芯片电路的设计提出了更高的要求;首先,随着开关频率的不断提高,对于开关元件的性能提出了很高的要求,同时必须具有相应的开关元件驱动电路以保证开关元件在高达兆赫级的开关频率下正常工作;其次,对于电池供电的便携式电子设备来说,电路的工作电压低以锂电池为例,工作电压~,因此,电源芯片的工作电压较低;MOS管具有很低的导通电阻,消耗能量较低,在目前流行的高效DC-DC芯片中多采用MOS管作为功率开关;但是由于MOS管的寄生电容大,一般情况下NMOS开关管的栅极电容高达几十皮法;这对于设计高工作频率DC-DC转换器开关管驱动电路的设计提出了更高的要求;在低电压ULSI设计中有多种CMOS、BiCMOS采用自举升压结构的逻辑电路和作为大容性负载的驱动电路;这些电路能够在低于1V电压供电条件下正常工作,并且能够在负载电容1~2pF的条件下工作频率能够达到几十兆甚至上百兆赫兹;本文正是采用了自举升压电路,设计了一种具有大负载电容驱动能力的,适合于低电压、高开关频率升压型DC-DC转换器的驱动电路;电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计并经过Hspice仿真验证,在供电电压,负载电容为60pF时,工作频率能够达到5MHz以上;自举升压电路自举升压电路的原理图如图1所示;所谓的自举升压原理就是,在输入端IN 输入一个方波信号,利用电容Cboot将A点电压抬升至高于VDD的电平,这样就可以在B端输出一个与输入信号反相,且高电平高于VDD的方波信号;具体工作原理如下;当VIN为高电平时,NMOS管N1导通,PMOS管P1截止,C点电位为低电平;同时N2导通,P2的栅极电位为低电平,则P2导通;这就使得此时A点电位约为VDD,电容Cboot两端电压UC≈VDD;由于N3导通,P4截止,所以B点的电位为低电平;这段时间称为预充电周期;当VIN变为低电平时,NMOS管N1截止,PMOS管P1导通,C点电位为高电平,约为VDD;同时N2、N3截止,P3导通;这使得P2的栅极电位升高,P2截止;此时A 点电位等于C点电位加上电容Cboot两端电压,约为2VDD;而且P4导通,因此B点输出高电平,且高于VDD;这段时间称为自举升压周期;实际上,B点电位与负载电容和电容Cboot的大小有关,可以根据设计需要调整;具体关系将在介绍电路具体设计时详细讨论;在图2中给出了输入端IN电位与A、B两点电位关系的示意图;驱动电路结构图3中给出了驱动电路的电路图;驱动电路采用Totem输出结构设计,上拉驱动管为NMOS管N4、晶体管Q1和PMOS管P5;下拉驱动管为NMOS管N5;图中CL为负载电容,Cpar为B点的寄生电容;虚线框内的电路为自举升压电路;本驱动电路的设计思想是,利用自举升压结构将上拉驱动管N4的栅极B点电位抬升,使得UB>VDD+VTH ,则NMOS管N4工作在线性区,使得VDSN4 大大减小,最终可以实现驱动输出高电平达到VDD;而在输出低电平时,下拉驱动管本身就工作在线性区,可以保证输出低电平位GND;因此无需增加自举电路也能达到设计要求;考虑到此驱动电路应用于升压型DC-DC转换器的开关管驱动,负载电容CL很大,一般能达到几十皮法,还需要进一步增加输出电流能力,因此增加了晶体管Q1作为上拉驱动管;这样在输入端由高电平变为低电平时,Q1导通,由N4、Q1同时提供电流,OUT端电位迅速上升,当OUT端电位上升到VDD-VBE时,Q1截止,N4继续提供电流对负载电容充电,直到OUT端电压达到VDD;在OUT端为高电平期间,A点电位会由于电容Cboot 上的电荷泄漏等原因而下降;这会使得B点电位下降,N4的导通性下降;同时由于同样的原因,OUT端电位也会有所下降,使输出高电平不能保持在VDD;为了防止这种现象的出现,又增加了PMOS管P5作为上拉驱动管,用来补充OUT端CL的泄漏电荷,维持OUT端在整个导通周期内为高电平;驱动电路的传输特性瞬态响应在图4中给出;其中a为上升沿瞬态响应,b为下降沿瞬态响应;从图4中可以看出,驱动电路上升沿明显分为了三个部分,分别对应三个上拉驱动管起主导作用的时期;1阶段为Q1、N4共同作用,输出电压迅速抬升,2阶段为N4起主导作,使输出电平达到VDD,3阶段为P5起主导作用,维持输出高电平为VDD;而且还可以缩短上升时间,下降时间满足工作频率在兆赫兹级以上的要求;需要注意的问题及仿真结果电容Cboot的大小的确定Cboot的最小值可以按照以下方法确定;在预充电周期内,电容Cboot 上的电荷为VDDCboot ;在A点的寄生电容计为CA上的电荷为VDDCA;因此在预充电周期内,A点的总电荷为Q_{A1}=V_{DD}C_{boot}+V_{DD}C_{A} 1B点电位为GND,因此在B点的寄生电容Cpar上的电荷为0;在自举升压周期,为了使OUT端电压达到VDD,B点电位最低为VB=VDD+Vthn;因此在B点的寄生电容Cpar上的电荷为Q_{B}=V_{DD}+V_{thn}Cpar 2忽略MOS管P4源漏两端压降,此时Cboot上的电荷为VthnCboot ,A点寄生电容CA的电荷为VDD+VthnCA;A点的总电荷为QA2=V_{thn}C_{BOOT}+V_{DD}+V_{thn}C_{A} 3同时根据电荷守恒又有Q_{B}=Q_{A}-Q_{A2} 4综合式1~4可得C_{boot}=\frac{V_{DD}+V_{thn}}{v_{DD}-v_{thn}}Cpar+\frac{v_{thn}}{v_{DD}-v_{ thn}}C_{A}=\frac{V_{B}}{v_{DD}-v_{thn}}Cpar+\frac{V_{thn}}{v_{DD}-v_{thn}}C_{ A} 5从式5中可以看出,Cboot随输入电压变小而变大,并且随B点电压VB变大而变大;而B点电压直接影响N4的导通电阻,也就影响驱动电路的上升时间;因此在实际设计时,Cboot的取值要大于式5的计算结果,这样可以提高B点电压,降低N4导通电阻,减小驱动电路的上升时间;P2、P4的尺寸问题将公式5重新整理后得:V_{B}={V_{DD}-V_{thn}\frac{C_{boot}}{Cpar}-V_{thn}\frac{C_{A}}{Cpar} 6 从式6中可以看出在自举升压周期内, A、B两点的寄生电容使得B点电位降低;在实际设计时为了得到合适的B点电位,除了增加Cboot大小外,要尽量减小A、B两点的寄生电容; 在设计时,预充电PMOS管P2的尺寸尽可能的取小,以减小寄生电容CA;而对于B点的寄生电容Cpar来说,主要是上拉驱动管N4的栅极寄生电容,MOS管P4、N3的源漏极寄生电容只占一小部分;我们在前面的分析中忽略了P4的源漏电压,因此设计时就要尽量的加大P4的宽长比,使其在自举升压周期内的源漏电压很小可以忽略;但是P4的尺寸以不能太大,要保证P4的源极寄生电容远远小于上拉驱动管N4的栅极寄生电容;阱电位问题如图3所示,PMOS器件P2、P3、P4的N-well连接到了自举升压节点A上;这样做的目的是,在自举升压周期内,防止他们的源/漏--阱结导通;而且这还可以防止在源/漏--阱正偏时产生由寄生SRC引起的闩锁现象;上拉驱动管N4的阱偏置电位要接到它的源极,最好不要直接接地;这样做的目的是消除衬底偏置效应对N4的影响;Hspice仿真验证结果驱动电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计并经过Hspice仿真验证;在表1中给出了电路在不同工作电压、不同负载条件下的上升时间tr和下降时间tf 的仿真结果;在图5中给了电路工作在输入电压、工作频率为5MHz、负载电容60pF条件下的输出波形;结合表1和图5可以看出,此驱动电路能够在工作电压为,工作频率为5MHz,并且负载电容高达60pF的条件下正常工作;它可以应用于低电压、高工作频率的DC-DC转换器中作为开关管的驱动电路;结论本文采用自举升压电路,设计了一种BiCMOS Totem结构的驱动电路;该电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计,可在电压供电条件下正常工作,而且在负载电容为60pF的条件下,工作频率可达5MHz以上;。

射极跟随器射极跟随器原理

射极跟随器射极跟随器原理

射极跟随器射极跟随器原理射极跟随器(也称为源跟随器)是一种基本的电子电路,常被用于放大信号和驱动负载。

它的原理是通过使用一个晶体管或场效应管来实现输入信号的放大和输出信号的跟随。

射极跟随器的基本结构由三个主要部分组成:输入电阻、输入信号级和输出信号级。

输入电阻用于接收输入信号,输入信号级用于放大输入信号,并将其传递给输出信号级,输出信号级则用于跟随输入信号并将其输出。

射极跟随器的原理可以通过以下步骤来解释:1.输入信号进入输入电阻:射极跟随器的输入电阻通常由一个电阻器组成,用于接收输入信号。

这个电阻器将输入信号传递给输入信号级。

2.输入信号被放大:输入信号级通常由一个晶体管或场效应管组成,用于放大输入信号。

输入信号经过放大后,其电流和电压值增加,并传递给输出信号级。

3.输出信号跟随输入信号:输出信号级通常也由一个晶体管或场效应管组成,用于跟随输入信号。

当输入信号级放大输入信号时,输出信号级会复制该放大后的信号,并将其输出。

射极跟随器的原理可以总结为:输入信号经过放大后,输出信号级会跟随输入信号并将其输出。

这种跟随能力使得射极跟随器在许多电子应用中非常有用,例如作为信号放大器、驱动电路或电流源。

射极跟随器的优点包括:1.提供高输入阻抗:射极跟随器的输入电阻通常很高,使其能够接收来自低阻抗源的输入信号。

2.提供低输出阻抗:射极跟随器的输出电阻通常很低,使其能够驱动负载电路,而不会导致信号失真或功率损耗。

3.提供恒定的放大倍数:射极跟随器的放大倍数几乎是恒定的,不会受到输入信号的变化而改变。

射极跟随器的应用广泛,特别是在音频放大器、功率放大器和驱动电路中。

它可以用于放大音频信号、驱动扬声器、驱动电机或其他负载,同时保持信号的准确性和稳定性。

总结起来,射极跟随器是一种基本的电子电路,通过使用晶体管或场效应管来放大输入信号并将其跟随输出。

它具有高输入阻抗、低输出阻抗和恒定的放大倍数等优点,在许多电子应用中发挥着重要作用。

MOS管工作原理及其驱动电路

MOS管工作原理及其驱动电路

功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体),FET(Field Effect Transistor场效应晶体管),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。

功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。

结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor——SIT)。

其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。

2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类:按导电沟道可分为P沟道和N沟道。

按栅极电压幅值可分为;耗尽型;当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道,增强型;对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道,功率MOSFET 主要是N沟道增强型。

2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。

导电机理与小功率mos管相同,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET 器件的耐压和耐电流能力。

按垂直导电结构的差异,又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET 和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET),本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。

MOSFET的驱动技术详解

MOSFET的驱动技术详解

MOSFET的驱动技术详解1、简介MOSFET作为功率开关管,已经是是开关电源领域的绝对主力器件。

虽然MOSFET作为电压型驱动器件,其驱动表面上看来是非常简单,但是详细分析起来并不简单。

下面我会花一点时间,一点点来解析MOSFET的驱动技术,以及在不同的应用,应该采用什么样的驱动电路。

首先,来做一个实验,把一个MOSFET的G悬空,然后在DS上加电压,那么会出现什么情况呢?很多工程师都知道,MOS会导通甚至击穿。

这是为什么呢?因为我根本没有加驱动电压,MOS怎么会导通?用下面的图,来做个仿真:去探测G极的电压,发现电压波形如下:G极的电压居然有4V多,难怪MOSFET会导通,这是因为MOSFET的寄生参数在捣鬼。

这种情况有什么危害呢?实际情况下,MOS肯定有驱动电路的么,要么导通,要么关掉。

问题就出在开机,或者关机的时候,最主要是开机的时候,此时你的驱动电路还没上电。

但是输入上电了,由于驱动电路没有工作,G级的电荷无法被释放,就容易导致MOS导通击穿。

那么怎么解决呢?在GS之间并一个电阻.那么仿真的结果呢?几乎为0V。

2、驱动能力和驱动电阻什么叫驱动能力,很多PWM芯片,或者专门的驱动芯片都会说驱动能力,比如384X的驱动能力为1A,其含义是什么呢?假如驱动是个理想脉冲源,那么其驱动能力就是无穷大,想提供多大电流就给多大。

但实际中,驱动是有内阻的,假设其内阻为10欧姆,在10V电压下,最多能提供的峰值电流就是1A,通常也认为其驱动能力为1A。

那什么叫驱动电阻呢,通常驱动器和MOS的G极之间,会串一个电阻,就如下图的R3。

驱动电阻的作用,如果你的驱动走线很长,驱动电阻可以对走线电感和MOS结电容引起的震荡起阻尼作用。

但是通常,现在的PCB走线都很紧凑,走线电感非常小。

第二个,重要作用就是调解驱动器的驱动能力,调节开关速度。

当然只能降低驱动能力,而不能提高。

对上图进行仿真,R3分别取1欧姆,和100欧姆。

功率mos管工作原理与几种常见驱动电路图

功率mos管工作原理与几种常见驱动电路图

功率mos管工作原理与几种常见驱动电路图功率MOSFET的工作原理截止:漏源极间加正电源,栅源极间电压为零。

P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏,漏源极之间无电流流过。

导电:在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过。

但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开,而将P区中的少子电子吸引到栅极下面的P区表面当UGS大于UT(开启电压或阈值电压)时,栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度,使P型半导体反型成N型而成为反型层,该反型层形成N沟道而使PN结J1消失,漏极和源极导电。

几种MOSFET驱动电路介绍及分析一. 不隔离的互补驱动电路图7(a)为常用的小功率驱动电路,简单可靠成本低。

适用于不要求隔离的小功率开关设备。

图7(b)所示驱动电路开关速度很快,驱动能力强,为防止两个MOSFET管直通,通常串接一个0.5~1小电阻用于限流,该电路适用于不要求隔离的中功率开关设备。

这两种电路特点是结构简单。

功率MOSFET属于电压型控制器件,只要栅极和源极之间施加的电压超过其阀值电压就会导通。

由于MOSFET存在结电容,关断时其漏源两端电压的突然上升将会通过结电容在栅源两端产生干扰电压。

常用的互补驱动电路的关断回路阻抗小,关断速度较快,但它不能提供负压,故抗干扰性较差。

为了提高电路的抗干扰性,可在此种驱动电路的基础上增加一级有V1、V2、R组成的电路,产生一个负压,电路原理图如图8所示。

当V1导通时,V2关断,两个MOSFET中的上管的栅、源极放电,下管的栅、源极充电,即上管关断,下管导通,则被驱动的功率管关断;反之V1关断时,V2导通,上管导通,下管关断,使驱动的管子导通。

因为上下两个管子的栅、源极通过不同的回路充放电,包含有V2的回路,由于V2会不断退出饱和直至关断,所以对于S1而言导通比关断要慢,对于S2而言导通比关断要快,所以两管发热程度也不完全一样,S1比S2发热严重。

该驱动电路的缺点是需要双电源,且由于R的取值不能过大,否则会使V1深度饱和,影响关断速度,所以R上会有一定的损耗。

功率MOSFET一般驱动方法

功率MOSFET一般驱动方法

不隔离的驱动电路
应用:单个开关管或多个开关管源极共地的
场合
最简单的情况:PWM信号直接驱动
有时候,PWM信号的
输出信号功率比较大, 或MOS管结电容较小, 需要驱动功率小,工 作频率比较低,性能 要求不高的场合,可 以直接由控制电路产 生的PWM信号驱动, 或仅加拉电阻驱动。 如右图:
增大驱动电压的简单方法
光耦隔离驱动电路
脉冲变压器隔离的驱动电路
脉 冲 变 压 器 正 激 驱 动 方 法
推挽式隔离驱动
另外,利用MOS集成驱动IC,可以构建隔离
或不隔离的驱动电路,如IR2110,UC3724/ 3725等。
谢谢大家!
Think you for your attention
电力MOSFET驱动电路
报告人:吴国瑞 导师:康龙云
MOS高频开关工作状态等效模型
CGD=CRSS
CGS=CISS-CRSS CDS=COSS-CRSS
MOSFET开关特性
MOSFET驱动要求

一个好的MOSFET驱动电路的要求是: (1)开关管开通瞬时,驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极 间电压迅速上升到所需值,保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡;

(2)开关管导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定使可靠导 通;

(3)关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电 容电压的快速泄放,保证开关管能快速关断;

(4)关断期间驱动电路最好能提供一定的负电压避免受到干扰产生误导通; (5)另外要求驱动电路结构简单可靠,损耗小,根据情况施加隔离。
控制信号电压不够,输出功率较低的情况下,需要增大门极驱动 电压。可以用三极管或场效应管加一个高电平来拉高。

射极跟随器时的功率MOSFET的驱动

射极跟随器时的功率MOSFET的驱动

功率MOSFET的驱动当然色可使明射极跟随器。

最近,制作了很多使用功率MOSFET的高速开关电源。

观察开关电源用控制IC的数据表,就会发现作为功率MOS的常见驱动的设备。

代表性的开关电源用控制IC TL494等,如图1所示,驱动输出发射极接地,无论射极跟随器的哪种形式均可使用,将输出晶体管的集电极、发射极独立,管脚被分配排列。

虽然一般情况下射极跟随器的使用较多,但以高速驱动为目的还需仔细考虑。

图1开关电源用PWM控制器一例
图2是用晶体管射极跟随器,驱动功率MOSFET门极的例子.从电路的动作上,门极闭合很快,但门极打开时由于发射极电阻RE的放电,而变成了低速的动作。

图3是FE=1kΩ时的开关波肜.由于关闭延迟很大(时间轴变更为10μs/div达到30μs,所以不能使用。

因此,尝试变更为RE=100Ω,此时如图4所示,只能缩短到约3μs还不能说Ok。

导通很快,但关闭需要时间.
图2 由射极跟随器组成的功率MOSFET驱动
图3 由射极跟随器驱动组成的功率MOSFET的开关波形
图4 由射极跟随器组成的功率MOSFET的开关波形。

MOS管工作原理及其驱动电路

MOS管工作原理及其驱动电路

功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体),FET(Field Effect Transistor场效应晶体管),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。

功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。

结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor——SIT)。

其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。

2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类:按导电沟道可分为P沟道和N沟道。

按栅极电压幅值可分为;耗尽型;当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道,增强型;对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道,功率MOSFET 主要是N沟道增强型。

2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。

导电机理与小功率mos管相同,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET 器件的耐压和耐电流能力。

按垂直导电结构的差异,又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET),本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。

功率MOSFET驱动技术详解

功率MOSFET驱动技术详解

功率MOSFET驱动技术详解功率MOSFET具有导通电阻低、负载电流大的优点,因而非常适合用作开关电源(switch-mode powersupplies,SMPS)的整流组件,不过,在选用MOSFET时有一些注意事项。

功率MOSFET 和双极型晶体管不同,它的栅极电容比较大,在导通之前要先对该电容充电,当电容电压超过阈值电压(VGS-TH)时MOSFET才开始导通。

因此,栅极驱动器的负载能力必须足够大,以保证在系统要求的时间内完成对等效栅极电容(CEI)的充电。

在计算栅极驱动电流时,最常犯的一个错误就是将MOSFET的输入电容(CISS)和CEI混为一谈,于是会使用下面这个公式去计算峰值栅极电流。

I = C(dv/dt)实际上,CEI的值比CISS高很多,必须要根据MOSFET生产商提供的栅极电荷(QG)指标计算。

QG是MOSFET栅极电容的一部分,计算公式如下:QG = QGS + QGD + QOD其中:QG--总的栅极电荷QGS--栅极-源极电荷QGD--栅极-漏极电荷(Miller)QOD--Miller电容充满后的过充电荷典型的MOSFET曲线,很多MOSFET厂商都提供这种曲线。

可以看到,为了保证MOSFET 导通,用来对CGS充电的VGS要比额定值高一些,而且CGS也要比VTH高。

栅极电荷除以VGS 等于CEI,栅极电荷除以导通时间等于所需的驱动电流(在规定的时间内导通)。

用公式表示如下:QG = (CEI)(VGS)IG = QG/t导通其中:● QG 总栅极电荷,定义同上。

● CEI 等效栅极电容● VGS 删-源极间电压● IG 使MOSFET在规定时间内导通所需栅极驱动电流图1以往的SMPS控制器中直接集成了驱动器,这对于某些产品而言非常实用,但是,由于这种驱动器的输出峰值电流一般小于1A,所以应用范围比较有限。

另外,驱动器发出的热还会造成电压基准的漂移。

随着市场对“智能型”电源设备的呼声日渐强烈,人们研制出了功能更加完善的SMPS控制器。

射极跟随器的工作原理和特点

射极跟随器的工作原理和特点

射极跟随器的工作原理和特点嘿,朋友们!今天咱来聊聊射极跟随器,这玩意儿可有意思啦!射极跟随器啊,就像是一个特别忠诚的小跟班。

你可以把输入信号想象成老大,那射极跟随器就会紧紧跟着老大的步伐,老大多威风,它就多威风,而且几乎是一模一样地复制哦!它的工作原理呢,其实也不难理解。

就是让输入信号从基极进去,然后经过晶体管的放大作用,从发射极输出啦。

但这个放大啊,不是把信号变得超级强大,而是几乎原封不动地传递过去,就像一个优秀的传令兵。

你说这射极跟随器有啥特点呢?嘿,那可多了去了!首先呢,它的输出信号和输入信号那简直就是一个模子里刻出来的,几乎没有啥变化,这是不是很神奇?就好像你照镜子,镜子里的你和真实的你没啥差别一样。

而且啊,它的输入阻抗很高,这就好比是一扇很难推开的大门,不是随便什么信号都能轻易闯进来的,这样就能保证信号的纯净性啦。

再说说它的输出阻抗吧,那是相当低啊,就像是一条特别通畅的大道,信号可以毫无阻碍地跑出去。

这有啥好处呢?这就意味着它可以带动很多负载啊,不管是大的小的,重的轻的,它都能轻松应对,厉害吧!射极跟随器还有一个特别棒的优点,就是它的频率响应特别好。

不管是高频信号还是低频信号,它都能稳稳地接住,然后准确无误地传输出去。

这就好像是一个全能运动员,不管是短跑还是长跑,都不在话下。

你想想看,在实际的电路中,如果没有射极跟随器,那会是啥样呢?信号可能会变得乱七八糟,一会儿大一会儿小,一会儿清楚一会儿模糊。

但是有了射极跟随器,一切都变得井井有条啦!它就像是电路中的稳定器,让一切都变得那么有序。

总之呢,射极跟随器就是这样一个神奇又实用的东西。

它虽然不那么起眼,但是在电路中却发挥着不可或缺的作用。

它就像是一个默默奉献的幕后英雄,不张扬,但却非常重要。

所以啊,可别小看了这个小小的射极跟随器哦,它的本事可大着呢!。

MOSFET的驱动技术详解

MOSFET的驱动技术详解

MOSFET的驱动技术详解1、简介MOSFET作为功率开关管,已经是是开关电源领域的绝对主力器件。

虽然MOSFET作为电压型驱动器件,其驱动表面上看来是非常简单,但是详细分析起来并不简单。

下面我会花一点时间,一点点来解析MOSFET的驱动技术,以及在不同的应用,应该采用什么样的驱动电路。

首先,来做一个实验,把一个MOSFET的G悬空,然后在DS上加电压,那么会出现什么情况呢?很多工程师都知道,MOS会导通甚至击穿。

这是为什么呢?因为我根本没有加驱动电压,MOS怎么会导通?用下面的图,来做个仿真:去探测G极的电压,发现电压波形如下:G极的电压居然有4V多,难怪MOSFET会导通,这是因为MOSFET的寄生参数在捣鬼。

这种情况有什么危害呢?实际情况下,MOS肯定有驱动电路的么,要么导通,要么关掉。

问题就出在开机,或者关机的时候,最主要是开机的时候,此时你的驱动电路还没上电。

但是输入上电了,由于驱动电路没有工作,G级的电荷无法被释放,就容易导致MOS导通击穿。

那么怎么解决呢?在GS之间并一个电阻.那么仿真的结果呢?几乎为0V。

2、驱动能力和驱动电阻什么叫驱动能力,很多PWM芯片,或者专门的驱动芯片都会说驱动能力,比如384X的驱动能力为1A,其含义是什么呢?假如驱动是个理想脉冲源,那么其驱动能力就是无穷大,想提供多大电流就给多大。

但实际中,驱动是有内阻的,假设其内阻为10欧姆,在10V电压下,最多能提供的峰值电流就是1A,通常也认为其驱动能力为1A。

那什么叫驱动电阻呢,通常驱动器和MOS的G极之间,会串一个电阻,就如下图的R3。

驱动电阻的作用,如果你的驱动走线很长,驱动电阻可以对走线电感和MOS结电容引起的震荡起阻尼作用。

但是通常,现在的PCB走线都很紧凑,走线电感非常小。

第二个,重要作用就是调解驱动器的驱动能力,调节开关速度。

当然只能降低驱动能力,而不能提高。

对上图进行仿真,R3分别取1欧姆,和100欧姆。

第五章 功率MOSFET的驱动电路和保护技术资料

第五章 功率MOSFET的驱动电路和保护技术资料
控 制 电 路 及 其 功 耗 :

5.2 MOSFET 与 双 极 功 率 晶 体
PWM
2 Pd1 Rds on I L (ton / T ) Vd I L (t off / T )
—— 开 关 应 用
IL为平均输出电流; Vd为二极管正向压降; ton为功率MOSFET通态时间; toff为功率MOSFET关态时间。
5.2 栅电荷因子




到t2时刻,漏电流达到IL,漏电电位不再固定 在VDD而是开始下降,并使漏电流保持为常数。 最初阶段,由于器件工作在饱和区,没有电流 流入栅源,只流入栅漏,同时栅漏电容被 Miller效应放大。 到t3时刻,功率MOSFET进入线性区,漏源电压 变为Rdson×IL。 这个时候栅源电压开始自由上升,上升的陡度 由充电电流和输入电容决定,同时输入电容达 到最大(因为这个时候VDS近乎等于0)。

为了更好地理解功率DMOS的特点,有效发挥其功 效,首先考察DMOS器件的剖面结构和等效电路。
5.1 功率DMOS输入电容

各重要的寄生效应包括:
每个管脚的寄生电感; 栅源金属电容(Cgsm)和栅源扩散电容 (Cgso); 栅体电容和栅外延层电容; 所有pn结电容; 寄生npn晶体管,由源、体和漏形成、并 分别对应于寄生晶体管的发射区、基区和 集电区;
Vgs=0时的栅-漏电容。
Crss Cgd
5.1 功率DMOS输入电容

Cgs(栅源电容)从物理上说是栅沟电
容和栅源扩散电容的叠加,一般来说 与电压无关; Cds(栅漏电容)一般由体-外延层pn 结电容组成,随着漏源电压变化很大。 Cgd电容直接依赖于栅金属下半导体表 面情况,与Vgd有关。

MOSFET的驱动技术详解

MOSFET的驱动技术详解

MOSFET的驱动技术详解simtriex/simplis仿真电路用软件MOSFET作为功率开关管,已经是是开关电源领域的绝对主力器件。

虽然MOSFET作为电压型驱动器件,其驱动表面上看来是非常简单,但是详细分析起来并不简单。

下面我会花一点时间,一点点来解析MOSFET的驱动技术,以及在不同的应用,应该采用什么样的驱动电路。

首先,来做一个实验,把一个MOSFET的G悬空,然后在DS上加电压,那么会出现什么情况呢?很多工程师都知道,MOS会导通甚至击穿。

这是为什么呢?我根本没有加驱动电压,MOS怎么会导通?用下面的图1,来做个仿真;去探测G极的电压,发现电压波形如图2所示。

图1图2这种情况有什么危害呢?实际情况下,MOS肯定有驱动电路的么,要么导通,要么关掉。

问题就出在开机,或者关机的时候,最主要是开机的时候,此时你的驱动电路还没上电。

但是输入上电了,由于驱动电路没有工作,G级的电荷无法被释放,就容易导致MOS导通击穿。

那么怎么解决呢?在GS之间并一个电阻。

其仿真的结果如图4。

几乎为0V。

图3图4什么叫驱动能力,很多PWM 芯片,或者专门的驱动芯片都会说驱动能力,比如384X 的驱动能力为1A,其含义是什么呢?假如驱动是个理想脉冲源,那么其驱动能力就是无穷大,想提供多大电流就给多大。

但实际中,驱动是有内阻的,假设其内阻为10欧姆,在10V 电压下,最多能提供的峰值电流就是1A,通常也认为其驱动能力为1A。

那什么叫驱动电阻呢,通常驱动器和MOS 的G 极之间,会串一个电阻,就如下图5的R3。

图5对上图进行仿真,R3分别取1欧姆,和100欧姆。

下图6是MOS 的G 极的电压波形上升沿。

图7是驱动的下降沿(G 极电压)。

图6图7驱动电阻的作用,如果你的驱动走线很长,驱动电阻可以对走线电感和MOS 结电容引起的震荡起阻尼作用。

但是通常,现在的PCB 走线都很紧凑,走线电感非常小。

第二个,重要作用就是调解驱动器的驱动能力,调节开关速度。

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射极跟随器时的功率MOSFET的驱动
功率MOSFET 的驱动当然色可使明射极跟随器。

最近,制作了很多使用
功率MOSFET 的高速开关电源。

观察开关电源用控制IC 的数据表,就会发现
作为功率MOS 的常见驱动的设备。

代表性的开关电源用控制IC TL494 等,如图1 所示,驱动输出发射极接地,
无论射极跟随器的哪种形式均可使用,将输出晶体管的集电极、发射极独立,
管脚被分配排列。

虽然一般情况下射极跟随器的使用较多,但以高速驱动为目
的还需仔细考虑。

图1 开关电源用PWM 控制器一例
图2 是用晶体管射极跟随器,驱动功率MOSFET 门极的例子.从电路的动作上,门极闭合很快,但门极打开时由于发射极电阻RE 的放电,而变成了低速
的动作。

图3 是FE=1kΩ时的开关波肜.由于关闭延迟很大(时间轴变更为
10μs/div 达到30μs,所以不能使用。

因此,尝试变更为RE=100Ω,此时如图4 所示,只能缩短到约3μs 还不能说Ok。

导通很快,但关闭需要时间.
图2 由射极跟随器组成的功率MOSFET 驱动
图3 由射极跟随器驱动组成的功率MOSFET 的开关波形
图4 由射极跟随器组成的功率MOSFET 的开关波形
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