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7個MOSFET閘極電路的共同作用,沒看到!
2022-03-17 201

總結

MOSFET是一種常見的電壓型控制器零件,具有開關速度快、高頻性能好、輸入阻抗高、噪音低、驅動功率小、動態範圍大、安全工作區(SOA)寬等一系列優點,因此在開關電源、馬達控制、電動工具等行業中得到廣泛的應用。 作為MOSFET本身的薄弱環節,如果電路設計不當,很容易導致元件甚至系統的失效。因此本文將柵極的常見電路整理出來,供大家參考討論,也歡迎大家提出自己的看法。


MOSFET閘極電路的常見功能如下:


1.消除耦合到電路中的噪聲,提高系統的可靠性。

2.加速MOSFET的導通,降低導通損耗。

3.加速MOSFET的關斷,降低關斷損耗。

4.降低MOSFET的di/dt,保護MOSFET的DI/DT,抑制EMI幹擾。

5.保護電網,防止異常高壓下擊穿電網。

6.提高驅動能力,MOSFET可以在小訊號下驅動。


以上就是我能想到的閘電路的功能了。歡迎補充你的想法,我會把對應的電路貼出來供大家討論。歡迎補充你的想法,我會把對應的電路貼出來供大家討論。


首先說一下電源IC的直接驅動,下圖是我們最常用的直接驅動方式。這種模式下,驅動電路我們沒有做過多的處理,所以盡量優化PCB LAYOUT,例如縮短IC到MOSFET閘極的走線長度,增加走線寬度,Rg盡量遠離MOSFET閘極,這樣可以減少寄生電感,消除雜訊。



0 1 直接驅動



首先說一下電源IC的直接驅動,下圖是我們最常用的直接驅動方式。這種模式下,驅動電路我們沒有做過多的處理,所以盡量優化PCB LAYOUT,例如縮短IC到MOSFET閘極的走線長度,增加走線寬度,Rg盡量遠離MOSFET閘極,這樣可以減少寄生電感,消除雜訊。


當然,我們還要考慮的另一個問題是PWM CONTROLLER的驅動能力。 MOSFET較大時,IC的驅動能力較小,會出現驅動太慢、開關損耗太大甚至無法驅動等問題。我們在設計時需要注意這一點。



0 2 IC內部驅動能力不足時



當然,我們也可以採用以下方法來解決IC內部驅動能力不足的問題。


這種增加驅動能力的方式,不僅增加了導通時間,也加快了關斷時間,同時對控制毛邊和功耗也有一定的效果。當然,在LAYOUT上盡量把這兩個管子放置在靠近MOSFET閘極的位置。這樣做的好處是可以減少寄生電感,提高電路的抗干擾性能。



0 3 提高MOSFET的關斷速度



如果我們只是想提高MOSFET的關斷速度,那麼我們可以按照下面的方式來實現。




當關斷電流較大時,MOSFET輸入電容的放電速度可以更快,進而減少關斷損耗。大的放電電流可以選用輸出阻抗低的MOSFET或是N通道截止的負壓元件來實現,最常用的是加加速二極體。


當閘極關閉時,電流在電阻上引起的壓降大於二極體導通時壓降,此時二極體會導通,從而將電阻旁路掉。導通後,隨著電流的減小,二極體在電路中的作用越來越小,這將顯著減少MOSFET關斷的延遲時間。


當然,這個電路有一定的缺點,就是閘極處的電流還是需要經過IC內部的輸出驅動阻抗。可以採取什麼措施來解決這個問題?


下面來談談PNP加速關斷驅動電路:



0 4 PNP加速關斷驅動電路



下面講一下PNP加速關斷電路。





PNP關斷電路是目前應用最廣泛的電路,該電路可在加速二極體作用下實現瞬時閘極源短路,從而達到最短的放電時間。之所以加入二極體,一方面是為了保護二極體的基極,另一方面也為導通電流提供迴路和偏壓。這種電路的優點是可以近似地實現推挽效應,加速效果明顯。缺點是閘極由於要經過兩個PN結段,所以無法真正達到0伏特。



0 5 源極輸出高電壓時驅動



當源極輸出為高電壓時,我們需要使用偏壓電路來達到電路工作的目的,即以源極為參考點設定偏壓電路,驅動電壓在兩個電壓之間波動,驅動電壓的偏差由低電壓提供,如下圖所示。





當然,這張圖是有問題的。不知道有大俠看得出來嗎?

其實問題是「驅動電源」需要懸空,MOS源極要「接地」(讓人印象深刻)

這是正確的繪圖。供你參考:




0 6 驅動器滿足隔離要求



為了滿足安全隔離的要求,或提供高端的浮柵驅動,經常採用變壓器驅動。這種驅動將驅動控制與MOSFET隔離,可應用於低電壓和高壓電路,如下圖所示:





說穿了,變壓器驅動就是隔離驅動。現在當然有專門的驅動IC來解決,但變壓器驅動有自己的特點,這使得許多人一直堅持使用它。

圖中耦合電容的作用是為磁化磁芯提供重設電壓。如果沒有這個電容,就會發生磁飽和。


與電容串聯的電阻的作用是防止佔空比突變引起LC振盪,所以增加這個電阻來緩解。



0 7 自舉逆變器圖



以下為實際自舉逆變器圖供參考:







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