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  • MOS管驅動電流估算與MOS驅動的幾個特別應用解析
    • 發布時間:2020-09-02 18:35:33
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    MOS管驅動電流估算與MOS驅動的幾個特別應用解析
    MOS管驅動電流估算是本文的重點,如下參數:
    MOS管驅動電流估算
    有人可能會這樣計算:
    開通電流
    Ion=Qg/Ton=Qg/Td(on)+tr,帶入數據得Ion=105nc/(140+500)ns=164mA
    關斷電流
    Ioff=Qg/Toff= Qg/Td(off)+tf,帶入數據得Ioff=105nc/(215+245)ns=228mA。
    于是乎得出這樣的結論,驅動電流只需 300mA左右即可。仔細想想這樣計算對嗎?這里必須要注意這樣一個條件細節,RG=25Ω。所以這個指標沒有什么意義。
    應該怎么計算才對呢?其實應該是這樣的,根據產品的開關速度來決定開關電流。根據I=Q/t,獲得了具體MOS管Qg數據,和我們線路的電流能力,就可以獲得Ton= Qg/I。比如45N50,它在Vgs=10V,VDS=400V,Id=48A的時候,Qg=105nC。如果用1A的驅動能力去驅動,就可以得到最快105nS的開關速度。
    當然這也只能估算出驅動電流的數值,還需進一步測試MOS管的過沖波形。在設計驅動電路的時候,一般在MOS管前面串一個10Ω左右的電阻(根據測試波形調整參數)。
    這里要注意的是要用Qg來計算開啟關斷速度,而不是用柵極電容來計算。
    MOS管驅動電流估算
    MOS管驅動電流估算
    MOS管驅動電流估算講了,下面講講MOS管開通過程:
    開始給MOS管Cgs充電,當電壓升到 5V時,Id流過一定的電流。繼續充電,Id越來越大,但還沒完全導通。當Id升到最大電流時,Id不再變化,Cgs也不再變化。
    這時輸入電壓不給Cgs充電,而是給Cgd米勒電容充電,然后MOS管完全導通。
    MOS管完全導通之后,輸入電壓不再經過米勒電容,又繼續給Cgs充電直到Vgs等于輸入電壓10V。
    圖中 Vgs輸入電壓保持不變即Qgd階段,輸入電壓不給Cgs充電,而是給Cgd米勒電容充電。這是MOS管固有的轉移特性。這期間不變的電壓也叫平臺電壓。
    此時,MOS管的電流最大,電阻最大,根據P=I*I*R,此時管子消耗的功率最大,發熱最嚴重,所以盡可能讓平臺電壓工作的時間很短。
    一般來說,耐壓等級越高,MOS管的輸入電容越大,反向傳輸電容Crss越小,米勒效應也相應減小。
    MOS驅動的幾個特別應用
    1、低壓應用
    當使用5V電源,這時候如果使用傳統的圖騰柱結構,由于三極管的be有0.7V左右的壓降,導致實際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時候,我們選用標稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風險。同樣的問題也發生在使用3V或者其他低壓電源的場合。
    2、寬電壓應用
    輸入電壓并不是一個固定值,它會隨著時間或者其他因素而變動。這個變動導致PWM電路提供給MOS管的驅動電壓是不穩定的。
    為了讓MOS管在高gate電壓下安全,很多MOS管內置了穩壓管強行限制gate電壓的幅值。在這種情況下,當提供的驅動電壓超過穩壓管的電壓,就會引起較大的靜態功耗。
    同時,如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓,就會出現輸入電壓比較高的時候,MOS管工作良好,而輸入電壓降低的時候gate電壓不足,引起導通不夠徹底,從而增加功耗。
    3、雙電壓應用
    在一些控制電路中,邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數字電壓,而功率部分使用12V甚至更高的電壓。兩個電壓采用共地方式連接。這就提出一個要求,需要使用一個電路,讓低壓側能夠有效的控制高壓側的MOS管,同時高壓側的MOS管也同樣會面對1和2中提到的問題。在這三種情況下,圖騰柱結構無法滿足輸出要求,而很多現成的MOS驅動IC,似乎也沒有包含gate電壓限制的結構。
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