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MOS产品应用建议

2012/2/13 | 来自:

MOS产品应用建议

一、BVDSS的选择:

在选定器件的耐压时,对于电路运行条件的电源电压VDD以及开关断开时产生的浪涌电压,在设计时需要留有一定余量,不能超过BVDSS。另外BVDSS具有正温度特性,所以必须考虑使用的最低温度环境条件。如果选取余量很小,近乎极限应用,且应用环境温度又很低,则会发生失效。

二、驱动电压建议:

功率MOSFET栅极驱动电压可通过栅极氧化层的调整来改变,栅极氧化层越薄则VTH越低,VTH具有负温度特性,约为-5mV/℃,即温度上升100VTH降低0.5V。对于开关应用的MOSFET来讲,VTH值在2-5V之间,电路应用中应将VGS电压设定在10V-12V之间,这样可以使得MOSFET完全开通处于饱和状态,如果VGS电压过于临界接近VTH值,则可能由于温度影响导致VTH变化而使得MOSFET不能开启或者出于放大状态。如右图所示:由于VGS驱动电压过低,

VDS波形

ID波形

导致了MOS进入放大状态,这时会出现DS高电压,ID大电流的情况,极易烧毁晶体管。所以在电路设计时要注意各种异常状态下的GS驱动电压不要过低。不过GS驱动电压也不是越高越好,10V左右驱动电压最佳,即使再增加驱动电压也只不过是增加驱动功耗而已,对MOSFET工作并无益处。

 

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

 

VDS波形

ID波形

 

 

 

 

 

三、驱动电路的设计:

 

 

 

 

 

在应用中使MOSFET驱动电路与MOSFET匹配主要是根据功率MOSFET导通和截止的速度快慢(栅极电压的上升和下降时间)。任何应用中对上升和下降时间的优化取决于很多因素,例如EMI(传导和辐射)、开关损耗、引脚/电路的感抗以及开关频率等,对开关时间的优化会对前面几项因素产生一定影响,例如开关速度的提高会加重EMI干扰,但是会降低开关损耗,如果是自激振荡电路又会对开关频率产生一定影响等。MOSFET导通和截止的速度

MOSFET栅极电容的充电和放电速度有关。MOSFET栅极电容、导通和截止时间、驱动电流的关系可以表示为: dT=(dV*C)/I   Q=C*V    dT=Q/I

其中:dT= 导通/截止时间

      dV= 栅极电压

      C= 栅极电容

      I= 峰值驱动电流

例如:某一MOSFET产品

        栅极电荷=20nCQ

        栅极电压=12V (dV)

        导通/截止时间=40ns (dT)

则驱动电流计算为

      dT=Q/I

      I=Q/Dt=20nC/40nS=0.5A

要注意的是这个是峰值电流。

通常栅极驱动电路会加一个限流电阻,一方面对充电电流加以限制,另外通过对电阻的调整可以改变栅极电压的上升时间,改善EMI噪声,但是此电阻不宜过大,建议在100欧姆以下,否则对开关损耗影响较大。

如果栅极驱动电路与栅极的连接走线较长,则会有一定电感存在易产生振荡,如果振荡电压超过栅极所能承受的电压,则会烧毁栅极,所以需要在栅源之间加齐纳二极管,防止栅极击穿。

栅极驱动可以反向并联一个二极管,这样可以加快栅极电容的反向放电速度,提高MOSFET的关断速度,降低开关损耗,但是考虑到

EMI噪声的影响也需要对放电电流加以一定限制,可用

R1来限制和调整放电电流的大小。加速栅极电容放电速

度,对于高频应用的电路来讲可以大幅降低关断损耗,

对整机效率会产生较大影响。

 

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