MOS管参数详解及驱动电阻选择 - 图文
更新时间:2024-01-09 01:49:01 阅读量: 教育文库 文档下载
MOS管参数解释
MOS管介绍
在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,一般都要考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等因素。
MOSFET管是FET的一种,可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,一般主要应用的为增强型的NMOS管和增强型的PMOS管,所以通常提到的就是这两种。 这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。
在MOS管内部,漏极和源极之间会寄生一个二极管。这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要,并且只在单个的MOS管中存在此二极管,在集成电路芯片内部通常是没有的。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免。
MOS管导通特性
导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。
NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到一定电压(如4V或10V, 其他电压,看手册)就可以了。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。
MOS开关管损失
不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,因而在DS间流过电流的同时,两端还会有电压,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几毫欧,几十毫欧左右
MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越快,导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。降低开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。
MOS管驱动
MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。但是,我们还需要速度。 在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大(4V或10V其他电压,看手册)。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
Mosfet参数含义说明
Features:
Vds: DS击穿电压.当Vgs=0V时,MOS的DS所能承受的最大电压 Rds(on):DS的导通电阻.当Vgs=10V时,MOS的DS之间的电阻 Id: 最大DS电流.会随温度的升高而降低 Vgs: 最大GS电压.一般为:-20V~+20V
Idm: 最大脉冲DS电流.会随温度的升高而降低,体现一个抗冲击能力,跟脉冲时
间也有关系
Pd: 最大耗散功率
Tj: 最大工作结温,通常为150度和175度 Tstg: 最大存储温度 Iar: 雪崩电流
Ear: 重复雪崩击穿能量 Eas: 单次脉冲雪崩击穿能量 BVdss: DS击穿电压
Idss: 饱和DS电流,uA级的电流 Igss: GS驱动电流,nA级的电流. gfs: 跨导
Qg: G总充电电量 Qgs: GS充电电量 Qgd: GD充电电量
Td(on): 导通延迟时间,从有输入电压上升到10%开始到Vds下降到其幅值90%的时间 Tr: 上升时间,输出电压 VDS 从 90% 下降到其幅值 10% 的时间 Td(off): 关断延迟时间,输入电压下降到 90% 开始到 VDS 上升到其关断电压时 10% 的时间
Tf: 下降时间,输出电压 VDS 从 10% 上升到其幅值 90% 的时间 ( 参考图 4) 。
Ciss: 输入电容,Ciss=Cgd + Cgs. Coss: 输出电容,Coss=Cds +Cgd. Crss: 反向传输电容,Crss=Cgc.
MOSFET栅极驱动的优化设计
1 概述
MOS管的驱动对其工作效果起着决定性的作用。设计师既要考虑减少开关损耗,又要求驱动波形较好即振荡小、过冲小、EMI小。这两方面往往是互相矛盾的,需要寻求一个平衡点,即驱动电路的优化设计。驱动电路的优化设计包含两部分内容:一是最优的驱动电流、电压的波形;二是最优的驱动电压、电流的大小。在进行驱动电路优化设计之前,必须先清楚MOS管的模型、MOS管的开关过程、MOS管的栅极电荷以及MOS管的输入输出电容、跨接
电容、等效电容等参数对驱动的影响。
2 MOS管的模型
MOS管的等效电路模型及寄生参数如图1所示。图1中各部分的物理意义为:
(1)LG和LG代表封装端到实际的栅极线路的电感和电阻。
(2)C1代表从栅极到源端N+间的电容,它的值是由结构所固定的。
(3)C2+C4代表从栅极到源极P区间的电容。C2是电介质电容,共值是固定的。而C4是由源极到漏极的耗尽区的大小决定,并随栅极电压的大小而改变。当栅极电压从0升到
开启电压UGS(th)时,C4使整个栅源电容增加10%~15%。
(4)C3+C5是由一个固定大小的电介质电容和一个可变电容构成,当漏极电压改变极
性时,其可变电容值变得相当大。
(5)C6是随漏极电压变换的漏源电容。
MOS管输入电容(Ciss)、跨接电容(Crss)、输出电容(Coss)和栅源电容、栅漏电容、
漏源电容间的关系如下:
3 MOS管的开通过程
开关管的开关模式电路如图2所示,二极管可是外接的或MOS管固有的。开关管在开通时的二极管电压、电流波形如图3所示。在图3的阶段1开关管关断,开关电流为零,此时二极管电流和电感电流相等;在阶段2开关导通,开关电流上升,同时二极管电流下降。开关电流上升的斜率和二极管电流下降的斜率的绝对值相同,符号相反;在阶段3开关电流继续上升,二极管电流继续下降,并且二极管电流符号改变,由正转到负;在阶段4,二极管从负的反向最大电流IRRM开始减小,它们斜率的绝对值相等;在阶段5开关管完全开通,
二极管的反向恢复完成,开关管电流等于电感电流。
图4是存储电荷高或低的两种二极管电流、电压波形。从图中可以看出存储电荷少时,反向电压的斜率大,并且会产生有害的振动。而前置电流低则存储电荷少,即在空载或
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