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【原創】MOSFET的驅動技術詳解

MOSFET作為功率開關管,已經是是開關電源領域的絕對主力器件。雖然MOSFET作為電壓型驅動器件,其驅動表面上看來是非常簡單,但是詳細分析起來并不簡單。下面我會花一點時間,一點點來解析MOSFET的驅動技術,以及在不同的應用,應該采用什么樣的驅動電路。

 

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LV.8
2
2010-07-14 14:51
期待精彩講解...
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2010-07-14 14:52
先占個位子等
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蘭波
LV.8
4
2010-07-14 14:52
占個坐。
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2010-07-14 14:53
最近正在學習這方面的內容,非常期待您的講解!
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2010-07-14 15:13

首先,來做一個實驗,把一個MOSFET的G懸空,然后在DS上加電壓,那么會出現什么情況呢?很多工程師都知道,MOS會導通甚至擊穿。這是為什么呢?因為我根本沒有加驅動電壓,MOS怎么會導通?用下面的圖,來做個仿真:

 

去探測G極的電壓,發現電壓波形如下:

  

G極的電壓居然有4V多,難怪MOSFET會導通,這是因為MOSFET的寄生參數在搗鬼。

關于MOSFET的寄生參數的描述,可以參考蜘蛛先生的帖子:http://bbs.dianyuan.com/topic/579603

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2010-07-14 16:23

期待啊%&……

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2010-07-14 16:41
@sometimes
首先,來做一個實驗,把一個MOSFET的G懸空,然后在DS上加電壓,那么會出現什么情況呢?很多工程師都知道,MOS會導通甚至擊穿。這是為什么呢?因為我根本沒有加驅動電壓,MOS怎么會導通?用下面的圖,來做個仿真:[圖片] 去探測G極的電壓,發現電壓波形如下: [圖片] G極的電壓居然有4V多,難怪MOSFET會導通,這是因為MOSFET的寄生參數在搗鬼。關于MOSFET的寄生參數的描述,可以參考蜘蛛先生的帖子:http://bbs.dianyuan.com/topic/579603

這種情況有什么危害呢?實際情況下,MOS肯定有驅動電路的么,要么導通,要么關掉。問題就出在開機,或者關機的時候,最主要是開機的時候,此時你的驅動電路還沒上電。但是輸入上電了,由于驅動電路沒有工作,G級的電荷無法被釋放,就容易導致MOS導通擊穿。那么怎么解決呢?

在GS之間并一個電阻.

 

那么仿真的結果呢:

 

幾乎為0V.

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2010-07-14 17:12
這個主題好,期待樓主的大論。
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2010-07-14 17:21

什么叫驅動能力,很多PWM芯片,或者專門的驅動芯片都會說驅動能力,比如384X的驅動能力為1A,其含義是什么呢?

假如驅動是個理想脈沖源,那么其驅動能力就是無窮大,想提供多大電流就給多大。但實際中,驅動是有內阻的,假設其內阻為10歐姆,在10V電壓下,最多能提供的峰值電流就是1A,通常也認為其驅動能力為1A。

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hpzax
LV.4
11
2010-07-14 17:25
@leetao365366
期待啊%&……
謝謝,學習了
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2010-07-14 17:34
@sometimes
什么叫驅動能力,很多PWM芯片,或者專門的驅動芯片都會說驅動能力,比如384X的驅動能力為1A,其含義是什么呢?假如驅動是個理想脈沖源,那么其驅動能力就是無窮大,想提供多大電流就給多大。但實際中,驅動是有內阻的,假設其內阻為10歐姆,在10V電壓下,最多能提供的峰值電流就是1A,通常也認為其驅動能力為1A。

那什么叫驅動電阻呢,通常驅動器和MOS的G極之間,會串一個電阻,就如下圖的R3。

 

驅動電阻的作用,如果你的驅動走線很長,驅動電阻可以對走線電感和MOS結電容引起的震蕩起阻尼作用。但是通常,現在的PCB走線都很緊湊,走線電感非常小。

第二個,重要作用就是調解驅動器的驅動能力,調節開關速度。當然只能降低驅動能力,而不能提高。

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2010-07-14 21:11
@sometimes
那什么叫驅動電阻呢,通常驅動器和MOS的G極之間,會串一個電阻,就如下圖的R3。[圖片] 驅動電阻的作用,如果你的驅動走線很長,驅動電阻可以對走線電感和MOS結電容引起的震蕩起阻尼作用。但是通常,現在的PCB走線都很緊湊,走線電感非常小。第二個,重要作用就是調解驅動器的驅動能力,調節開關速度。當然只能降低驅動能力,而不能提高。

對上圖進行仿真,R3分別取1歐姆,和100歐姆。下圖是MOS的G極的電壓波形上升沿。

  

紅色波形為R3=1歐姆,綠色為R3=100歐姆。可以看到,當R3比較大時,驅動就有點力不從心了,特別在處理米勒效應的時候,驅動電壓上升很緩慢。

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2010-07-14 21:14
@sometimes
對上圖進行仿真,R3分別取1歐姆,和100歐姆。下圖是MOS的G極的電壓波形上升沿。[圖片] [圖片] 紅色波形為R3=1歐姆,綠色為R3=100歐姆。可以看到,當R3比較大時,驅動就有點力不從心了,特別在處理米勒效應的時候,驅動電壓上升很緩慢。

下圖,是驅動的下降沿 

 

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2010-07-15 08:08
@sometimes
下圖,是驅動的下降沿[圖片] [圖片] 

sometimes老兄,您分析的很完美,請問您一個問題

如果一個電源根據功率算出來的是需要7A的MOS,那么

需要多大的驅動電流了,有沒能公式了。

謝謝

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2010-07-15 09:38

沙發,板凳都沒了,站著聽

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roc19850
LV.5
17
2010-07-15 10:05
@電源網-娜娜姐
沙發,板凳都沒了,站著聽[圖片]

好貼,找個沙地躺著聽!

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2010-07-15 11:33

今天再來聽課,謝謝

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2010-07-15 11:40
@tqr987654321
sometimes老兄,您分析的很完美,請問您一個問題如果一個電源根據功率算出來的是需要7A的MOS,那么需要多大的驅動電流了,有沒能公式了。謝謝

同樣標稱7A的mos,不同的廠家,不同的器件,參數是不一樣的。所以沒有什么公式可以去計算。

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2010-07-15 13:25
@sometimes
下圖,是驅動的下降沿[圖片] [圖片] 

那么驅動的快慢對MOS的開關有什么影響呢?下圖是MOS導通時候DS的電壓:

 

紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆。可見R3越大,MOS的導通速度越慢。

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2010-07-15 13:29
@sometimes
那么驅動的快慢對MOS的開關有什么影響呢?下圖是MOS導通時候DS的電壓:[圖片] 紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆。可見R3越大,MOS的導通速度越慢。

下圖是電流波形

 

紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆。可見R3越大,MOS的導通速度越慢。

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2010-07-15 13:46
@sometimes
下圖是電流波形[圖片] 紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆。可見R3越大,MOS的導通速度越慢。

可以看到,驅動電阻增加可以降低MOS開關的時候得電壓電流的變化率。比較慢的開關速度,對EMI有好處。下圖是對兩個不同驅動情況下,MOS的DS電壓波形做付利葉分析得到

 

紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆。可見,驅動電阻大的時候,高頻諧波明顯變小。

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2010-07-15 13:51
@sometimes
可以看到,驅動電阻增加可以降低MOS開關的時候得電壓電流的變化率。比較慢的開關速度,對EMI有好處。下圖是對兩個不同驅動情況下,MOS的DS電壓波形做付利葉分析得到[圖片] 紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆。可見,驅動電阻大的時候,高頻諧波明顯變小。

但是驅動速度慢,又有什么壞處呢?那就是開關損耗大了,下圖是不同驅動電阻下,導通損耗的功率曲線。

 

紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆。可見,驅動電阻大的時候,損耗明顯大了。

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2010-07-15 13:55
@sometimes
但是驅動速度慢,又有什么壞處呢?那就是開關損耗大了,下圖是不同驅動電阻下,導通損耗的功率曲線。[圖片] 紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆。可見,驅動電阻大的時候,損耗明顯大了。

結論:驅動電阻到底選多大?還真難講,小了,EMI不好,大了,效率不好。

所以只能一個折中的選擇了。

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2010-07-15 14:06
@sometimes
結論:驅動電阻到底選多大?還真難講,小了,EMI不好,大了,效率不好。所以只能一個折中的選擇了。

那如果,開通和關斷的速度要分別調節,怎么辦?就用以下電路。

 

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edifierwjq
LV.2
26
2010-07-15 16:49
@sometimes
那如果,開通和關斷的速度要分別調節,怎么辦?就用以下電路。[圖片] 

有問題想請教下樓主,最近在調試全橋電路,發現當輸入電壓加到100V的時候驅動波形就不對了,Vgs會出現一個跌落,如示波器截圖所示,輸入電壓再升高一些就會出現橋臂直通的情況,同一橋臂的兩個管子就燒掉了。我是利用光耦A3120來驅動橋臂的四個開關管的。希望得到您的幫助,謝謝了!

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2010-07-15 17:32
@edifierwjq
有問題想請教下樓主,最近在調試全橋電路,發現當輸入電壓加到100V的時候驅動波形就不對了,Vgs會出現一個跌落,如示波器截圖所示,輸入電壓再升高一些就會出現橋臂直通的情況,同一橋臂的兩個管子就燒掉了。我是利用光耦A3120來驅動橋臂的四個開關管的。希望得到您的幫助,謝謝了!

你的波形呢?

有可能是驅動能力不夠

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edifierwjq
LV.2
28
2010-07-15 18:52
@sometimes
你的波形呢?有可能是驅動能力不夠
不好意思,第一次來咱們論壇,還沒搞清楚如何上傳圖片,等下就上傳上去。究竟怎樣定義電源的驅動能力呢?A3120的電流驅動能力是2A,電壓源用的是實驗室那種很笨重的直流源,其電流輸出能力為3A,應該夠驅動MOSFET了吧?最近我也在學習有關MOSFET的特性及驅動技術,看得有些頭大,希望能夠得到您的幫助。
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freepig879
LV.4
29
2010-07-15 19:51

樓主用的什么仿真軟件?看起來功能很強大,還可以仿真EMI 頻譜,

是否有破解版可以學習一下

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qifeng
LV.5
30
2010-07-15 20:20
@freepig879
樓主用的什么仿真軟件?看起來功能很強大,還可以仿真EMI頻譜,是否有破解版可以學習一下
樓主分析的很好  自帶小板凳坐著聽
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2010-07-15 22:11
@freepig879
樓主用的什么仿真軟件?看起來功能很強大,還可以仿真EMI頻譜,是否有破解版可以學習一下

這個是simetrix,網上應該有demo版本的。

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