驱动电路中的误开通如何避免?详解-KIA MOS管
避免驱动误开通的方法
门极电阻、电容法
为了避免功率管的误开通,常用的方法是通过调整门极驱动的电阻和电容,如图所示。
图 1. 调整门极驱动电阻和电容
通过调节RON/ROFF 的大小可以来调整 MOSFET 的开通/关断速度:增大RON/ROFF来减慢MOSFET开通/关断的速度,减小 dv/dt (di/dt) 从而减小门极电压尖峰。
但另一方面,增大ROFF会使得门极驱动线路上的电阻变大,Cgd上产生的位移电流流经 ROFF后的电压也会相应的变高,实际应用中有时增大 ROFF并不能让电压尖峰有效的降低。另外由于增大ROFF会使 MOSFET 的关断速度变慢,从而使 MOSFET 的功耗增大。
在 MOSFET 的门极和源极之间并联一个外部电容 CGS_E也可以降低门极电压尖峰,但是它跟增大 RON/ROFF一样, 会使 MOSFET 的整个开、关速度都变慢,从而导致整 MOSFET 的功耗增大。
米勒钳位法
为了有效的抑制由于米勒效应带来的门极误开通,可以在靠近功率管的门极处放一个三极管来防止在关断期间的误开通,如图。
在关断期间,由于 Vds较高的 dv/dt 使 Vg电压升高,此时 Q1 会导通,从而将 Vg电压拉低防止误开通 MOSFET。在实际的应用中要注意PCB布线的影响,Q1 要尽量的靠近功率 MOSFET 以减小 Q1、MOSFET 门极和源极之间的环路,从而降低整个环路路上的阻抗。
图 2. 外部三极管米勒钳位
通过将米勒钳位引脚连接到靠近功率管门极处就能有效的抑制米勒尖峰的问题。
负压驱动法
米勒钳位电路能够有效的抑制由于米勒效应引起的门极电压尖峰,但是对于由于寄生电感引起的误开通,米勒钳位电路有时就不是非常的有效,此时给驱动提供负电压是一个比较好的解决办法。
图 3. 利用稳压管产生负电压
图3是利用稳压管 DZ, 电阻 RZ和电容 CZ在 DZ两端产生稳定的电压VZ。当 OUT 出是高的时候,加在功率管门极的驱动电压是 VCC-VZ。
而当 OUT 输出为低的时候,加在功率管门极的驱动电压是 -VZ。这里要注意的是驱动电流需要流经 CZ这个电容,为了保持 VZ电压的稳定,CZ的容值不能太小。
图 4. 利用隔直电容产生负压
图4是利用隔直电容 CB来产生一个电压 VCB,从而在 OUT 输出为低的时候在功率管的门极提供负的 VCB 驱动电压。在输出为高的时候,加在功率管两端的门极电压为 VCC-VCB。
VCB这个电压跟驱动信号的占空比(Duty)相关,VCB=VCC× Duty,所以这个电路比较适合用于占空比较稳定的电路中。这个电路中的稳压管 DZ主要是用于钳位 VCB电压,防止在大占空比下 VCB电压过高。
对于驱动电路中的误开通,需要根据实际的情况进行分析并加以解决。调整功率器件的开关速度能减小电压尖峰,但是它或降低整个系统的效率。米勒钳位电路对于因米勒效应引起的门极尖峰有很好的抑制作用。
PCB 走线对于门极电压的尖峰有很大的影响,要尽量减小 PCB 走线带来的寄生参数。负压驱动能很好的解决门极电压尖峰问题,但是它的代价是需要额外的负电压或额外的辅助器件。
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