浅谈MOSFET的驱动及吸收电路|详细解析-KIA MOS管

MOSFET的驱动及吸收电路

绝缘栅型电力场效应管(电力MOSFET)是一种多数载流子导电的电压控制单级型晶体管。具有工作频率高，开关速度快,以及驱动电路简单等特性,常用于小功率的开关电源等电路中。本文介绍了MOSFET的开关特性驱动要求,重点讲述了吸收电路的应用,可有效保护MOSFET并减小开关噪声。

电力MOSFET的开关特性

MOSFET等效电路模型,包括Rg，Lg,即封装端到实际的栅极线路电阻和电感,输入电容(Ciss)、跨接电容(Crss)、输出电容(Coss )分别为:Ciss=Cgs+Cgd ,Crss=Cgd ,Coss=Cds+Cgd。

MOSFET的开关过程中会产生过电压,包括换相过电压和关断过电压，两者均是由于线路电感中的电流迅速下降, 产生较大di/dt,致使管子两端产生过点压。

换相过电压主要由于MOSFET及与其反并联的续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力,有较大的反相电流流过,使残存的载流子恢复, 而当其恢复了阻断能力时,反向电流急剧减小,有电流的突变。

关断过电压主要是管子在较高频下工作,当器件关断时,正向电流迅速降低,有电流的突变。(如图1所示,在开关的过程中,漏极电压有很大尖峰噪声。)

电力MOSFET的驱动电路

电力MOSFET是电压驱动器件,其栅源之间有数千皮法的电容(Cgs) ,栅极电压的高低直接影响着MOSFET的通态压降及开关性能。栅压过低。通态损耗增大,开通时间长;栅压增高。开通时间减小,损耗减小,但关断时间增加,电路故障时的短路电流增大。

且随着栅压的增高,栅压噪声容限降低,容易造成栅极击穿。故在一般频率下，栅极驱动电压为12-15V。 而关断时施加一定幅值的负驱动电压有利于减小关断时间和损耗,一般为-5V-15V。

为了减小寄生振荡,可在栅极串入一只低阻抗电阻,一般为十几Ω。如果栅源阻抗过高,当漏源电压突变时可能造成栅源电压尖峰电压,可以在栅源间并接阻尼电阻,一般为十几KΩ,或并接约20V的齐纳二极管。

在MOSFET的栅极加方波,由于有输入电容的充放电过程,栅极电压呈梯形波。方波的上升沿，Ugs呈指数增长,当Ugs大于开启电压,开始出现漏极电流,MOSFET导通。方波沿指数曲线下降,当Ugs下降到Ugsp时,漏极电流减小,MOSFET关断。

因此要快速建立合适的驱动电压，其驱动电路需保证:驱动电路要有较小的输出电阻;要有足够大的栅源驱动电压;足够的驱动电流;为减小寄生震荡，可以再栅极串入一只低值电阻，阻值随被驱动器件电流额定值的增大而减小;触发脉冲的前后沿要陡峭;关断时可施加一定幅值的负驱动电压。

电力MOSFET的吸收电路

由于在管子的开关过程中有过电压、过电流的产生,因此,合适的吸收保护电路是必要的。吸收电路可分为关断吸收电路(即du/dt吸收电路)和开通吸收电路(即di/dt吸收电路)。

常用的是di/dt抑制电路和充放电型RCD吸收电路(如图2所示)。

RCD吸收电路可以缓冲关断时du/dt,V开通时缓冲电容Cs先通过Rs向V放电,使ic有一定的预值。

然后,di/dt抑制电路使ic上升减缓。在V关断时，负载电流通过VDs向Cs分流,抑制了du/dt和过电压。其中，电感较小,但要求通流量大,可用磁珠或是将导线绕几圈代替。二极管均要求是快速恢复型的。

电容为吸收电容,常用聚丙稀无感电容,其耐压由电路中的电压值而定。连接电路时要注意各器件相互靠近,引线尽量短。

其容量值由能量守恒可得:

接上吸收电路后，经实验验证开关尖峰明显减小，管子的发热情况也有大大缓解。

通过对电力MOSFET特性的探究，可知，采用合适的驱动电路以及吸收回路，准确计算器件的参数值可以使管子工作在高效状态，同时减小噪声。

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