MOS管驅(qū)動電阻怎么選擇

1、MOS管驅(qū)動電阻怎么選擇,給定頻率,MOS管的Qg和上升沿怎么計(jì)算用多大電阻首先得知道輸入電容大小和驅(qū)動電壓大小,等效為電阻和電容串聯(lián)電路,求出電容充電電壓表達(dá)式,得出電阻和電容電壓關(guān)系圖MOS管的開關(guān)時間要考慮的是Qg的,而不是有Ciss,Coss決定,看下面的Data.一個MOS可能有很大的 輸入電容,但是并不代表其導(dǎo)通需要的電荷量Qg就大, Ciss(輸入電容)和Qg是有一定的關(guān)系,但是還要考慮MOS的跨導(dǎo)y.MOSFET柵極驅(qū)動的優(yōu)化設(shè)計(jì) 1 概述    MOS管的驅(qū)動對其工作效果起著決定性的作用。設(shè)計(jì)師既要考慮減少開關(guān)損耗，又要求驅(qū)動波形較好即

2、振蕩小、過沖小、EMI小。這兩方面往往是互相矛盾的，需要尋求一個平衡點(diǎn)，即驅(qū)動電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。驅(qū)動電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：一是最優(yōu)的驅(qū)動電流、電壓的波形；二是最優(yōu)的驅(qū)動電壓、電流的大小。在進(jìn)行驅(qū)動電路優(yōu)化設(shè)計(jì)之前，必須先清楚MOS管的模型、MOS管的開關(guān)過程、MOS管的柵極電荷以及MOS管的輸入輸出電容、跨接電容、等效電容等參數(shù)對驅(qū)動的影響。2 MOS管的模型    MOS管的等效電路模型及寄生參數(shù)如圖1所示。圖1中各部分的物理意義為：    （1）LG和LG代表封裝端到實(shí)際的柵極線路的電感和電阻。  

3、60; （2）C1代表從柵極到源端N+間的電容，它的值是由結(jié)構(gòu)所固定的。    （3）C2+C4代表從柵極到源極P區(qū)間的電容。C2是電介質(zhì)電容，共值是固定的。而C4是由源極到漏極的耗盡區(qū)的大小決定，并隨柵極電壓的大小而改變。當(dāng)柵極電壓從0升到開啟電壓UGS（th）時，C4使整個柵源電容增加10%15%。    （4）C3+C5是由一個固定大小的電介質(zhì)電容和一個可變電容構(gòu)成，當(dāng)漏極電壓改變極性時，其可變電容值變得相當(dāng)大。    （5）C6是隨漏極電壓變換的漏源電容。    MO

4、S管輸入電容（Ciss）、跨接電容（Crss）、輸出電容（Coss）和柵源電容、柵漏電容、漏源電容間的關(guān)系如下：3 MOS管的開通過程    開關(guān)管的開關(guān)模式電路如圖2所示，二極管可是外接的或MOS管固有的。開關(guān)管在開通時的二極管電壓、電流波形如圖3所示。在圖3的階段1開關(guān)管關(guān)斷，開關(guān)電流為零，此時二極管電流和電感電流相等；在階段2開關(guān)導(dǎo)通，開關(guān)電流上升，同時二極管電流下降。開關(guān)電流上升的斜率和二極管電流下降的斜率的絕對值相同，符號相反；在階段3開關(guān)電流繼續(xù)上升，二極管電流繼續(xù)下降，并且二極管電流符號改變，由正轉(zhuǎn)到負(fù)；在階段4，二極管從負(fù)的反向最大電流IRRM開始

5、減小，它們斜率的絕對值相等；在階段5開關(guān)管完全開通，二極管的反向恢復(fù)完成，開關(guān)管電流等于電感電流。    圖4是存儲電荷高或低的兩種二極管電流、電壓波形。從圖中可以看出存儲電荷少時，反向電壓的斜率大，并且會產(chǎn)生有害的振動。而前置電流低則存儲電荷少，即在空載或輕載時是最壞條件。所以進(jìn)行優(yōu)化驅(qū)動電路設(shè)計(jì)時應(yīng)著重考慮前置電流低的情況，即空載或輕載的情況，應(yīng)使這時二極管產(chǎn)生的振動在可接受范圍內(nèi)。4 柵極電荷QG和驅(qū)動效果的關(guān)系    柵極電荷QG是使柵極電壓從0升到10V所需的柵極電荷，它可以表示為驅(qū)動電流值與開通時間之積或柵極電容值與柵極電

6、壓之積?，F(xiàn)在大部分MOS管的柵極電荷QG值從幾十納庫侖到一、兩百納庫侖。    柵極電荷QG包含了兩個部分：柵極到源極電荷QGS；柵極到漏極電荷QGD即“Miller”電荷。QGS是使柵極電壓從0升到門限值（約3V）所需電荷；QGD是漏極電壓下降時克服“Miller”效應(yīng)所需電荷，這存在于UGS曲線比較平坦的第二段（如圖5所示），此時柵極電壓不變、柵極電荷積聚而漏極電壓急聚下降，也就是在這時候需要驅(qū)動尖峰電流限制，這由芯睡內(nèi)部完成或外接電阻完成。實(shí)際的QG還可以略大，以減小等效RON，但是太大也無益，所以10V到12V的驅(qū)動電壓是比較合理的。這還包含一個重要的事實(shí)

7、：需要一個高的尖峰電流以減小MOS管損耗和轉(zhuǎn)換時間。    重要是的對于IC來說，MOS管的平均電容負(fù)荷并不是MOS管的輸入電容Ciss,而是等效輸入電容Ceff(Ceff=QG/UGS)，即整個0<UGS<UGS(th)的等效電容，而Ciss只是UGS=0時的等效電容。    漏極電流在QG波形的QGD階段出現(xiàn)，該段漏極電壓依然很高，MOS管的損耗該段最大，并隨UDS的減小而減小。QGD的大部分用來減小UDS從關(guān)斷電壓到UGS(th)產(chǎn)生的“Miller”效應(yīng)。QG波形第三段的等效負(fù)載電容是：5 優(yōu)化柵極驅(qū)動設(shè)計(jì)

8、0;   在大多數(shù)的開關(guān)功率應(yīng)用電路中，當(dāng)柵極被驅(qū)動，開關(guān)導(dǎo)通時漏極電流上升的速度是漏極電壓下降速度的幾倍，這將造成功率損耗增加。為了解決問題可以增加?xùn)艠O驅(qū)動電流，但增加?xùn)艠O驅(qū)動上升斜率又將帶來過沖、振蕩、EMI等問題。優(yōu)化柵極驅(qū)動設(shè)計(jì)，正是在互相矛盾的要求中尋求一個平衡點(diǎn)，而這個平衡點(diǎn)就是開關(guān)導(dǎo)通時漏極電流上升的速度和漏極電壓下降速度相等這樣一種波形，理想的驅(qū)動波形如圖6所示。    圖6的UGS波形包括了這樣幾部分：UGS第一段是快速上升到門限電壓；UGS第二段是比較緩的上升速度以減慢漏極電流的上升速度，但此時的UGS也必須滿足所需的漏極電

9、流值；UGS第四段快速上升使漏極電壓快速下降；UGS第五段是充電到最后的值。當(dāng)然，要得到完全一樣的驅(qū)動波形是很困難的，但是可以得到一個大概的驅(qū)動電流波形，其上升時間等于理想的漏極電壓下降時間或漏極電流上升的時間，并且具有足夠的尖峰值來充電開關(guān)期間的較大等效電容。該柵極尖峰電流IP的計(jì)算是：電荷必須完全滿足開關(guān)時期的寄生電容所需。UG(th)6 應(yīng)用實(shí)例    在筆者設(shè)計(jì)的48V50A電路中采用雙晶體管正激式變換電路，其開關(guān)管采用IXFH24N50，其參數(shù)為：    根據(jù)如前所述，驅(qū)動電壓、電流的理想波形不應(yīng)該是一條直線，而應(yīng)該是如圖6

10、所示的波形。實(shí)驗(yàn)波形見圖7。7 結(jié)論    本文詳細(xì)介紹了MOS管的電路模型、開關(guān)過程、輸入輸出電容、等效電容、電荷存儲等對MOS管驅(qū)動波形的影響，及根據(jù)這些參數(shù)對驅(qū)動波形的影響進(jìn)行的驅(qū)動波形的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例，取得了較好的實(shí)際效果。影響MOSFET開關(guān)速度除了其本身固有Tr,Tf外,還有一個重要的參數(shù):Qg (柵極總靜電荷容量).該參數(shù)與柵極驅(qū)動電路的輸出內(nèi)阻共同構(gòu)成了一個時間參數(shù),影響著MOSFET的性能(你主板的MOSFET的柵極驅(qū)動電路就集成在IRU3055這塊PWM控制芯片內(nèi)); r6 0 k" S/ l3 4 u, r/ W廠家給出的Tr,Tf值

11、,是在柵極驅(qū)動內(nèi)阻小到可以忽略的情況下測出的,實(shí)際應(yīng)用中就不一樣了,特別是柵極驅(qū)動集成在PWM芯片中的電路,從PWM到MOSFET柵極的布線的寬度,長度,都會深刻影響MOSFET的性能.如果PWM的輸出內(nèi)阻本來就不低,加上MOS管的Qg又大,那么不論其Tr,Tf如何優(yōu)秀,都可能會大大增加上升和下降的時間2 6 p5 X7 g/ O$ r' S4 Q, B( |偶認(rèn)為,BUCK同步變換器中,高側(cè)MOS管的Qg比RDS等其他參數(shù)更重要,另外,柵極驅(qū)動內(nèi)阻與Qg的配合也很重要,一定 程度上就是由它的充電時間決定高側(cè)MOSFET的開關(guān)速度和損耗.看從哪個角度出發(fā)。電荷瀉放慢，說明時間常數(shù)大。時間常數(shù)是Ciss與Rgs的乘積。柵源極絕緣電阻大，說明制造工藝控制較好，材料、芯片和管殼封裝的表面雜質(zhì)少，漏電少。時間常數(shù)大，柵源極等效輸入電容也大。柵源極等效輸入電容，與管芯尺寸成正比并與管芯設(shè)計(jì)有關(guān)。通常，管芯尺寸大，Ron(導(dǎo)