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  • N沟道MOS场效应管高边直接驱动-MOS场效应管应用-竟业电子

       时间:2021/9/17       阅读:4256    关键词:MOS场效应管

     

    开关电源应用中,主功率开关用N沟道MOS场效应管很广泛。
    原因:成本低,速度快,导通阻抗低。
    N沟道MOS场效应管应用于高边开关,在栅极MOSFET的栅极驱动必要。

    驱动器必需能够承受在开关切换时,猛烈的电压波动,和能够驱动栅极电压在电源正极电压高的MOS场效应管。
    一般情况,栅极驱动电压 > 电路中直流电源最高电压。

    N沟道MOS场效应管高边直接驱动
    简单应用中,可以是PWM控制器驱动或接地驱动器
    只要符合以下要求:

    N沟道MOS场效应管高边直接驱动

    典型应用电路原理图如下,一个可选pnp关断电路。

    N沟道MOS场效应管高边直接驱动

     

    忽略pnp晶体管的断开,此结构与以地为参考的原理图相比。
    因漏极和直流输入端相连,开关动作发生在器件的源极端。
    它仍具有相同开关时间间隔的感应开关。
    但是从栅极驱动设计看,它是一个完全不同的回路。

    栅极驱动电流不能回到源极的地端,相反,它必须经过负载,与器件的源极相连。

    在不间断的电感电流模式下,栅极充电电流必须经过输出电感和负载;
    而在连续电感电流模式下,回路却可以通过控制整流二极管的pn结被打断。
    在断开时候,栅极放电电流通过连接地和MOSFET的源极的整流管。
    在所有的工作模式中, 电容Cgd的充放电电流都流过功率级的高频旁路电容。

    原因:栅极驱动系统中,有更多组件和更大的环路区域,造成更大的源极自感应系数。
    源极电感对栅极驱动电路有不良的反馈效果,让电路的开关动作变慢。
    高边直接去驱动的另一个差异:电路的开关节点——源极的动作。

    注意:MOS场效应管截止期间的源极的波形,可看到大负电压。复杂开关行动如下图所示:

    N沟道MOS场效应管高边直接驱动
     

    因栅极和地的相连使MOS场效应管截止,MOSFET的输入电容通过放电很快就被调节到了Miller平衡电压。
    此时它还在工作,整个负荷电流流过漏极和源极,电压降很小。
    在Miller区,MOSFET作为源极的跟随器。

    源极和栅极同时下降,Vds增大,Vgs固定在Miler水平。
    栅极驱动阻抗和器件的Cgd电容限制了dv/dt的大小。
    一旦源极电压下降了0.7V或者是-0.7V,整流二极管使开关节点固定到接近地的位置。

    源极电压会短时间内降到低于地,直到整流二极管经过它的恢复过程,
    电流克服了现有的寄生电感效果。

    在负载电流完全从MOS场效应管转移到二极管后,开关节点可以回到它的最终的电压状态,低于地一个二极管的电压。

    源极电压负漂移表现一种典型栅极驱动电路的问题。
    缓慢的二极管、高寄生电感值会导致对MOS场效应管的源极过多的负反馈电压,也可以使驱动器的输出端低于地端。为了保护驱动,低压降肖特基二极管可以连接输出和地端,如下图:

    N沟道MOS场效应管高边直接驱动
     

    当栅极电压=0时
    栅极放电电流=0
    如果进一步对栅极进行作用,场效应晶体管就开始逆转,最后系统会达到一个非常微妙的平衡点,即栅极放电电流,和通过寄生电感的电压降在器件中di/dt大小一样。

    电路在负电压时,如上电路随意的断开提速电路也不能提供有效地帮助。
    当栅极电压降到VBE时,pnp晶体管会处于截止状态,而场效应晶体管会处在负电压暂态中。

    在主开关处于截止状态,注意容许的噪声的上限。
    源极电压要<地几百毫伏,而栅极则保持在大约0.7伏。
    此时源极有关的,通过栅极的电压很危险,它接近于阈值电压,尤其是处于高温的逻辑级设备。
     

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