淺談MOSFET的驅動及吸收電路|詳細解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2020-12-17
絕緣柵型電力場效應管(電力MOSFET)是一種多數載流子導電的電壓控制單級型晶體管。具有工作頻率高，開關速度快,以及驅動電路簡單等特性,常用于小功率的開關電源等電路中。本文介紹了MOSFET的開關特性驅動要求,重點講述了吸收電路的應用,可有效保護MOSFET并減小開關噪聲。
MOSFET等效電路模型,包括Rg，Lg,即封裝端到實際的柵極線路電阻和電感,輸入電容(Ciss)、跨接電容(Crss)、輸出電容(Coss )分別為:Ciss=Cgs+Cgd ,Crss=Cgd ,Coss=Cds+Cgd。
MOSFET的開關過程中會產生過電壓,包括換相過電壓和關斷過電壓，兩者均是由于線路電感中的電流迅速下降, 產生較大di/dt,致使管子兩端產生過點壓。
換相過電壓主要由于MOSFET及與其反并聯的續流二極管在換相結束后不能立刻恢復阻斷能力,有較大的反相電流流過,使殘存的載流子恢復, 而當其恢復了阻斷能力時,反向電流急劇減小,有電流的突變。
關斷過電壓主要是管子在較高頻下工作,當器件關斷時,正向電流迅速降低,有電流的突變。(如圖1所示,在開關的過程中,漏極電壓有很大尖峰噪聲。)
電力MOSFET是電壓驅動器件,其柵源之間有數千皮法的電容(Cgs) ,柵極電壓的高低直接影響著MOSFET的通態壓降及開關性能。柵壓過低。通態損耗增大,開通時間長;柵壓增高。開通時間減小,損耗減小,但關斷時間增加,電路故障時的短路電流增大。
且隨著柵壓的增高,柵壓噪聲容限降低,容易造成柵極擊穿。故在一般頻率下，柵極驅動電壓為12-15V。 而關斷時施加一定幅值的負驅動電壓有利于減小關斷時間和損耗,一般為-5V-15V。
為了減小寄生振蕩,可在柵極串入一只低阻抗電阻,一般為十幾Ω。如果柵源阻抗過高,當漏源電壓突變時可能造成柵源電壓尖峰電壓,可以在柵源間并接阻尼電阻,一般為十幾KΩ,或并接約20V的齊納二極管。
在MOSFET的柵極加方波,由于有輸入電容的充放電過程,柵極電壓呈梯形波。方波的上升沿，Ugs呈指數增長,當Ugs大于開啟電壓,開始出現漏極電流,MOSFET導通。方波沿指數曲線下降,當Ugs下降到Ugsp時,漏極電流減小,MOSFET關斷。
因此要快速建立合適的驅動電壓，其驅動電路需保證:驅動電路要有較小的輸出電阻;要有足夠大的柵源驅動電壓;足夠的驅動電流;為減小寄生震蕩，可以再柵極串入一只低值電阻，阻值隨被驅動器件電流額定值的增大而減小;觸發脈沖的前后沿要陡峭;關斷時可施加一定幅值的負驅動電壓。
由于在管子的開關過程中有過電壓、過電流的產生,因此,合適的吸收保護電路是必要的。吸收電路可分為關斷吸收電路(即du/dt吸收電路)和開通吸收電路(即di/dt吸收電路)。
常用的是di/dt抑制電路和充放電型RCD吸收電路(如圖2所示)。
RCD吸收電路可以緩沖關斷時du/dt,V開通時緩沖電容Cs先通過Rs向V放電,使ic有一定的預值。
然后,di/dt抑制電路使ic上升減緩。在V關斷時，負載電流通過VDs向Cs分流,抑制了du/dt和過電壓。其中，電感較小,但要求通流量大,可用磁珠或是將導線繞幾圈代替。二極管均要求是快速恢復型的。
電容為吸收電容,常用聚丙稀無感電容,其耐壓由電路中的電壓值而定。連接電路時要注意各器件相互靠近,引線盡量短。
其容量值由能量守恒可得:
接上吸收電路后，經實驗驗證開關尖峰明顯減小，管子的發熱情況也有大大緩解。
通過對電力MOSFET特性的探究，可知，采用合適的驅動電路以及吸收回路，準確計算器件的參數值可以使管子工作在高效狀態，同時減小噪聲。
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