設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，mos管驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)、要求

mos管因?yàn)閮?nèi)阻低，開發(fā)速度低被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電路中。mos管往往根據(jù)電源IC和mos管的參數(shù)選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路。

在使用mos管設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，大多數(shù)人都會(huì)考慮mos管的導(dǎo)通電阻、最大電壓和最大電流等參數(shù)。但就是這樣，我們常常只考慮這些因素。這樣設(shè)計(jì)的電路遠(yuǎn)不是一個(gè)好的電路。我們應(yīng)該仔細(xì)看看它自有的寄生參數(shù)。

對(duì)于某個(gè)mos管，其驅(qū)動(dòng)電路、峰值輸出驅(qū)動(dòng)電流、上升率等都會(huì)影響mos管的開關(guān)性能。

使用mos管設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路需要注意的參數(shù)

1、Id(Package Limited) ——封裝的最大理論漏極電流

在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候絕對(duì)不能超過此值，但并不意味著你實(shí)際上可以在該電流下驅(qū)動(dòng)負(fù)載。在達(dá)到此規(guī)格之前，mos管總是會(huì)因熱量而燒毀。

2、Vgs – 施加到柵極相對(duì)于源極的最大柵-源電壓

不能超過這個(gè)值。舉個(gè)例子，IRFS7530mos管的電壓值是正負(fù)20V，我們使用12V的電壓，就沒有接近這個(gè)值。

3、Vdss – 另一個(gè)不言而喻的規(guī)格參數(shù)，最大漏-源電壓

從漏極到源極的電壓差不能超過datasheet上標(biāo)注的參數(shù)值。

4、Rds(on) – 在給定柵極電壓下，從漏極到源極的最大預(yù)期導(dǎo)通電阻。

例如IRFS7530mos管的最壞情況 Rds(on) 為 1m4。

下圖顯示了 mos管datasheet中常見的圖表。

我們可以看到 Rds(on) 趨于平緩，其最小值高于 ~8V。這是非邏輯電平mos管所預(yù)期的，并且在 12V 驅(qū)動(dòng)是可以接受的。

不同溫度下的 Rds(on) 與 Vgs

5、RthetaJA(結(jié)到環(huán)境) -這是從芯片結(jié)到封裝外部到環(huán)境空氣的熱阻。

在 PCB 上使用特定數(shù)量的銅來指定。

6、Qg——注入柵極以使 MOSFET 完全“導(dǎo)通”所需的總電荷，柵電荷

這考慮了柵源電荷、柵漏電荷以及任何其他內(nèi)部寄生效應(yīng)。這是用于計(jì)算mos管最大“理論”開關(guān)速度的最簡(jiǎn)單規(guī)格。

使用mos管設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的要求

在選擇電源IC和mos管時(shí)，選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路將IC連接到mos管尤為重要。

一個(gè)好的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路有以下要求：

1、當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能提供足夠大的充電電流，使mos的柵極和源極之間的電壓迅速升高到所需值，保證不僅開關(guān)管能快速開啟而且在上升沿也沒有高頻振蕩。

2、在開關(guān)導(dǎo)通期間，驅(qū)動(dòng)電路要保證mos管的柵源極間電壓保持穩(wěn)定可靠導(dǎo)通。

3、在關(guān)斷的瞬間，驅(qū)動(dòng)電路要提供一條阻抗盡可能低的通路，快速將MOSFET柵極和源極之間的電容電壓放電，保證開關(guān)管能夠快速關(guān)斷。

4、電路結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、高效、可靠。

5、相應(yīng)地應(yīng)用電氣隔離。

沒有電路中的mos管柵極電阻會(huì)怎么樣?

由于mos管的柵極本質(zhì)上是一個(gè)電容，那么在沒有柵極電阻的情況下，將電壓施加到柵極的瞬間會(huì)發(fā)生什么?電路會(huì)將柵極視為完全短路(技術(shù)上不正確，因?yàn)檑E線和電線具有寄生電阻和電感，但足夠接近。)

這會(huì)潛在一些問題，如果無法快速提供那么多電流，則該電流浪涌會(huì)破壞驅(qū)動(dòng)電路。其次，由于寄生電感和柵極電容，柵極存在“振鈴”的危險(xiǎn)。這種振鈴會(huì)迫使柵極在開/關(guān)狀態(tài)之間振蕩，或者更糟的是，過壓并完全破壞mos管。

一個(gè) 100R 電阻控制柵極的充電速率。這限制了最大電流量

沒有柵極電阻的另一個(gè)問題是寄生電阻成為柵極計(jì)算的重要部分。當(dāng)使用上圖所示 100R 柵極電阻時(shí)，幾歐姆的寄生電阻不會(huì)對(duì)計(jì)算產(chǎn)生有意義的影響。

在切換大功率mos管或任何低速電路時(shí)，柵極電阻的確切值通常并不重要。通常使用 10R 或 100R 電阻，并在需要時(shí)在測(cè)試時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)開關(guān)速度接近幾千赫茲時(shí)，對(duì)使用的最大柵極電阻進(jìn)行一些計(jì)算變得很重要。

邏輯電平mos管電路基礎(chǔ)

具有控制 LED 的 N 溝道m(xù)os管的基本 mos管 電路。

在下面的部分，主要討論 N 溝道m(xù)os管。這些更容易驅(qū)動(dòng)，是驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載的最常見類型。

上圖顯示了最簡(jiǎn)單的mos管電路。R1 是柵極電阻，用于限制電流量并防止柵極上出現(xiàn)任何振鈴。R2 是一個(gè) 10K 下拉電阻，確保mos管始終處于已知狀態(tài)。

Q1 是邏輯電平 mos管，是控制 10 毫安指示 LED 的合適選擇。由于 Q1 是邏輯電平mos管，CNTRL_MOSFET 可以來自標(biāo)準(zhǔn)微控制器的 I/O 線。

“普通”mos管電路

IRRFS753mos管 在 12V 下驅(qū)動(dòng) 12A 電阻負(fù)載

驅(qū)動(dòng)“普通”mos管微復(fù)雜一些，因?yàn)樗鼈冃枰跂艠O上至少有 10V 電壓才能完全導(dǎo)通。

mos管驅(qū)動(dòng)電路

12A 負(fù)載由IRFS7530切換，這是一個(gè)高功率 D2PAK mos管。由于 PWM 電阻器的速率非常低，因此 100R 電阻是一個(gè)有效的選擇。

使用集成mos管低側(cè)驅(qū)動(dòng)器控制mos管

驅(qū)動(dòng)功率 mos管的最簡(jiǎn)單(通常也是最好的)方法是使用專用的集成驅(qū)動(dòng)器。

這些芯片使用內(nèi)部邏輯電平mos管電路從微控制器獲取邏輯電平輸入并打開/關(guān)閉 mos管。

上圖顯示了一個(gè)基于NCP81074A的電路，是常使用的驅(qū)動(dòng)程序之一，因?yàn)樗幸粋€(gè)單獨(dú)的源和接收引腳。

如果需要，這允許對(duì)開啟和關(guān)閉時(shí)間的切換速度進(jìn)行微調(diào)。根據(jù)柵極電阻器的不同，該芯片能夠提供 10A 電流，以極快的速度為柵極充電，從而最大限度地減少功率損耗。

需要注意的一個(gè)重點(diǎn)是去耦電容 C1/C2。建議使用比datasheet標(biāo)注中更大值的電容。由于驅(qū)動(dòng)器需要提供大量電流來開啟mos管，因此可用電容越大越好。

從引腳 U1.4/5 到 R1 再到 Q2.1 走線長(zhǎng)度也應(yīng)盡可能短，可以盡量減少會(huì)降低開關(guān)速度的寄生電感。

使用NPN晶體管從邏輯電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)mos管的代替方法

不在大功率mos管上使用專用柵極驅(qū)動(dòng)器的唯一真正原因是盡量降低成本。

上圖顯示了一種更便宜的驅(qū)動(dòng) mos管的方法。不過只在絕對(duì)必要時(shí)推薦這種方法，因?yàn)閷Ｓ脰艠O驅(qū)動(dòng)器更容易實(shí)現(xiàn)，并且往往具有更好的性能。

審核編輯：湯梓紅

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