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MOS管开通关断:LC振荡电路及寄生参数-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2023-03-09 

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MOS管开通关断:LC振荡电路及寄生参数-KIA MOS管


LC振荡电路

如图是最简单的LC震荡电路,其中Ui=1V,L=1H,C=1F,根据拉普拉斯变换易得电容电压和输入电压的关系,Uc/Ui=1/(LCs2+1),将Ui=1/s代入有Uc(s)=1/(LCs3+s),因式分解可得Uc(s)=1/s-s/(s2+1/LC),反变换可得Uc(t)=1-cost,由此可以知道Uc的角频率ω为1/√LC,并且带了大小为Ui/Zr的直流偏置,其中Zr为LC电路的特征阻抗,Zr=√L/C;此时Uc的ω就是无阻尼震荡角频率 ωn。


MOS管 开通关断


RLC振荡电路

根据拉普拉斯变换可得Uc/Ui=1/(LCs2+CRs+1),可知无阻尼震荡角频率ωn=1/√LC,ζ=R/2·√(L/C),可以看出阻尼比是一个表示对信号振荡阻碍的参数,在LC电路中R=0,对振荡无阻碍,因此输出为等幅振荡,在加入了R之后,输出波形逐渐变为减幅振荡,对于电容电压有Uc(t)=Ui-(Ui-Uc(0))coswt+IL(0)Zr·sinwt,可以理解为电容电压初值只改变正弦分量幅值而不改变直流偏置,求导可得电感电流其中Zr=√(L/C)


MOS管 开通关断

由此可知阻尼比足够大时,可以使波形不发生振荡和超调。


MOS管各寄生电容参数分析

首先我们可以知道MOS管高频下的模型如下图所示,其中Rg是驱动电路后加的,之后会有说明,Lg是栅极寄生电感,Cgd、Cds和Cgs分别为极间寄生电容。

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看各种型号的MOSFET可知各寄生电容的参数,其中Ciss为输入电容,Ciss=Cgs+Cgd;Coss为输出电容,Coss=Cds+Cgd;Crss为反馈电容。Crss=Cgd,而且这三个寄生参数主要与Vds有关。


如何理解输入电容、输出电容和反馈电容呢?

我们都知道GS是MOS管输入端,DS是MOS管输入端,当计算输入电容时,将输出Uds置0,此时DS两点短接,GS两点看进去可以得到Ciss=Cgs//Cgd=Cgs+Cgd,同理可得Coss=Cds//Cgd=Cds+Cgd,Cgd连接着输入端和输出端,类似于反馈电路里的反馈通路,因此是反馈电容。


MOS管开通关断分析

当gs两端接上开通电压,如果没有电阻Rg,会产生很强的振荡,因此必须增加栅极电阻Rg消除这种振荡,但是电阻也不宜过大,过大的电阻会使开通时间过慢,开关损耗增加,因此需要统筹兼顾来选择Rg的阻值。


例如:求MOS栅极驱动功率 P,假设开关频率f=10kHz,Qgs=28nC,驱动电路输出电压为U+=15V,

U-=-9V,所以输出功率P=(∫U+·i(t)dt+∫U-·i(t)dt)/Ts,其中第一个积分时间为0到DTs,第二个积分时间是DTs到Ts,但是电容的充电电荷是相同的,所以P=(U+·Q+U-·Q)/Ts=△UQf


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当驱动正压时,通过Rgon和Lg给Cgs充电,假设输入正压Ui=15V,Rgon=20Ω,Lg=10nH,Cgs有手册可知≈5.1nF,仿真结果如下图所示

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此时Vgs电压无超调,在0.5us时完成开通,**Rgon就是用来调节开关速度,防止LC谐振,**对于50kHz的开关频率,一个周期也就是20us,因此符合要求,当然我们这是在理想情况下的仿真,未考虑到密勒平台等开关特性,但也可以定性完成分析。



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