mos管控制板-淺談mos管在電動(dòng)車控制板中有起到什么作用
信息來(lái)源：本站 日期：2018-01-03
MOS驅(qū)動(dòng)，有幾個(gè)特別的需求:
低壓應(yīng)用
當(dāng)運(yùn)用5V電源，這時(shí)分假如運(yùn)用傳統(tǒng)的圖騰柱構(gòu)造，由于三極管的Vbe有0.7V左右的壓降，招致實(shí)踐最終加在Gate上的電壓只要4.3V。這時(shí)分，我們選用標(biāo)稱Gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風(fēng)險(xiǎn)；同樣的問(wèn)題也發(fā)作在運(yùn)用3V或者其他低壓電源的場(chǎng)所。
寬電壓應(yīng)用
輸入電壓并不是一個(gè)固定值，它會(huì)隨著時(shí)間或者其他要素而變動(dòng)。這個(gè)變動(dòng)招致PWM電路提供應(yīng)MOS管的驅(qū)動(dòng)電壓是不穩(wěn)定的。
為了讓MOS管在高VGate下安全，很多MOS管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強(qiáng)行限制VGate的幅值。在這種狀況下，當(dāng)提供的驅(qū)動(dòng)電壓超越穩(wěn)壓管的電壓，就會(huì)惹起較大的靜態(tài)功耗。
同時(shí)，假如簡(jiǎn)單的用電阻分壓的原理降低VGate，就會(huì)呈現(xiàn)輸入電壓比擬高的時(shí)分，MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時(shí)分VGate缺乏，惹起導(dǎo)通不夠徹底，從而增加功耗。
雙電壓應(yīng)用
在一些控制電路中，邏輯局部運(yùn)用典型的5V或者3.3V數(shù)字電壓，而功率局部運(yùn)用12V以至更高的電壓。兩個(gè)電壓采用共中央式銜接。
這就提出一個(gè)請(qǐng)求，需求運(yùn)用一個(gè)電路，讓低壓側(cè)可以有效的控制高壓側(cè)的MOS管，同時(shí)高壓側(cè)的MOS管也同樣會(huì)面對(duì)1和2中提到的問(wèn)題。
在這三種狀況下，圖騰柱構(gòu)造無(wú)法滿足輸出請(qǐng)求，而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動(dòng)IC，似乎也沒(méi)有包含Vgate限制的構(gòu)造。于是設(shè)計(jì)了一個(gè)相對(duì)通用的電路來(lái)滿足這三種需求。用于NMOS的驅(qū)動(dòng)電路如下所示：
Vl和Vh分別是低端和高端的電源，兩個(gè)電壓能夠是相同的，但是Vl不應(yīng)該超越Vh。
Q1和Q2組成了一個(gè)反置的圖騰柱，用來(lái)完成隔離，同時(shí)確保兩只驅(qū)動(dòng)管Q3和Q4不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。
R2和R3提供了PWM電壓基準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)改動(dòng)這個(gè)基準(zhǔn)，能夠讓電路工作在PWM信號(hào)波形比擬陡直的位置。
Q3和Q4用來(lái)提供驅(qū)動(dòng)電流，由于導(dǎo)通的時(shí)分，Q3和Q4相對(duì)Vh和GND最低都只要一個(gè)Vce的壓降，這個(gè)壓降通常只要0.3V左右，大大低于0.7V的Vce。
R5和R6是反應(yīng)電阻，用于對(duì)gate電壓停止采樣，采樣后的電壓經(jīng)過(guò)Q5對(duì)Q1和Q2的基極產(chǎn)生一個(gè)激烈的負(fù)反應(yīng)，從而把gate電壓限制在一個(gè)有限的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值能夠經(jīng)過(guò)R5和R6來(lái)調(diào)理。
R1提供了對(duì)Q3和Q4的基極電流限制，R4提供了對(duì)MOS管的gate電流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的時(shí)分能夠在R4上面并聯(lián)加速電容。
在MOS管的構(gòu)造中能夠看到，在GS，GD之間存在寄生電容， MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)踐上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電需求一個(gè)電流，由于對(duì)電容充電霎時(shí)能夠把電容看成短路，所以霎時(shí)電流會(huì)比擬大。選擇MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要留意的是可提供霎時(shí)短路電流的大小。
另外：普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS，導(dǎo)通時(shí)需求是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。假如在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要特地的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要留意的是應(yīng)該選擇適宜的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管。
上邊說(shuō)的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需求有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小。如今也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的范疇里，但在12V汽車電子系統(tǒng)里，普通4V導(dǎo)通就夠用了。
我們電動(dòng)車上用的功率mos戰(zhàn)爭(zhēng)常cmos集成電路中的小功率mos構(gòu)造是不一樣的。小功率mos是平面型構(gòu)造。而電動(dòng)車上上用的功率mos是平面構(gòu)造。平面型構(gòu)造是指，mos柵極，源級(jí)和漏級(jí)都在芯片外表（或者說(shuō)正面），而溝道也在芯片外表橫向排列。（我們常見(jiàn)的教科書的引見(jiàn)mos原理普通都是拿平面構(gòu)造引見(jiàn)）。而功率mos的平面構(gòu)造（溝道是深槽平面構(gòu)造）是柵極和源級(jí)引線從芯片正面引出（其實(shí)柵極也不在外表而是內(nèi)部，只是比擬靠近外表），而漏級(jí)是從芯片反面引出（其實(shí)整個(gè)芯片反面都是漏級(jí)銜接在一同的，整個(gè)個(gè)漏級(jí)用焊接資料直接焊接在金屬板上，就是mos的金屬背板，普通是銅鍍錫的），所以我們見(jiàn)到的mos普通金屬板和中間引腳（就是漏級(jí)）是完整導(dǎo)通的（有些特殊的封裝是能夠做到金屬板和中間腳絕緣的）。 功率mos內(nèi)部從漏級(jí)到源級(jí)是有一個(gè)二極管的，這個(gè)二極管根本上一切的功率mos都具有，和它自身構(gòu)造有關(guān)系（不需求單獨(dú)制造，設(shè)計(jì)自身就有）。當(dāng)然能夠經(jīng)過(guò)改動(dòng)設(shè)計(jì)制造工藝，不造出這個(gè)二極管。但是這會(huì)影響芯片功率密度，要做到同樣耐壓和內(nèi)阻，需求更大的芯片面積（由于構(gòu)造不同）。大家只是曉得這回事就行了。 我們所見(jiàn)的mos管，其實(shí)內(nèi)部由成千上萬(wàn)個(gè)小mos管并聯(lián)而成（實(shí)踐數(shù)量普通是上千萬(wàn)個(gè)，和芯片面積和工藝有關(guān)）。假如在工作中，有一個(gè)或幾個(gè)小管短路，則整個(gè)mos表現(xiàn)為短路，當(dāng)然大電流短路mos可能直接燒斷了（有時(shí)表現(xiàn)為金屬板和黑色塑封間開裂），又表現(xiàn)為開路。大家可能會(huì)想這上千萬(wàn)個(gè)小mos應(yīng)該很容易呈現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)壞的吧，其實(shí)真沒(méi)那么容易，目前的制造工藝根本保證了這些小單位各種參數(shù)高度分歧性。它們的各種開關(guān)動(dòng)作簡(jiǎn)直完整分歧，當(dāng)然最終燒壞時(shí)，肯定有先接受不了的小管先壞。所以管子的穩(wěn)定性和制造工藝密不可分，差的工藝可能招致這些小管的參數(shù)不那么分歧。有時(shí)一點(diǎn)小的工藝缺陷（比方一個(gè)1um以至更小的顆粒假如在關(guān)鍵位置）常常會(huì)形成整個(gè)芯片（缺陷所在的管芯）報(bào)廢。
MOS管導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上耗費(fèi)能量，這局部耗費(fèi)的能量叫做導(dǎo)通損耗。小功率MOS管導(dǎo)通電阻普通在幾mΩ-幾十mΩ左右。
MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)分，一定不是在霎時(shí)完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)降落的過(guò)程，流過(guò)的電流有一個(gè)上升的過(guò)程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開關(guān)頻率越快，損失也越大。
導(dǎo)通霎時(shí)電壓和電流的乘積很大，形成的損失也就很大。縮短開關(guān)時(shí)間，能夠減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失；降低開關(guān)頻率，能夠減小單位時(shí)間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種方法都能夠減小開關(guān)損失。
用低端電壓和PWM驅(qū)動(dòng)高端MOS管
用小幅度的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)高gate電壓需求的MOS管
VGate的峰值限制
輸入和輸出的電流限制
經(jīng)過(guò)運(yùn)用適宜的電阻，能夠到達(dá)很低的功耗
PWM信號(hào)反相。NMOS并不需求這個(gè)特性，能夠經(jīng)過(guò)前置一個(gè)反相器來(lái)處理。
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