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其利天下技術(shù)·如何讓MOS管快速開啟和關(guān)閉?·BLDC驅(qū)動方案開發(fā)

其利天下技術(shù) ? 2024-07-22 11:26 ? 次閱讀
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關(guān)于MOS管驅(qū)動電路設(shè)計,本文談一談如何讓MOS管快速開啟和關(guān)閉。 一般認(rèn)為MOSFET(MOS管)是電壓驅(qū)動的,不需要驅(qū)動電流。然而,在MOS管的G極和S極之間有結(jié)電容存在,這個電容會讓驅(qū)動MOS變的不那么簡單。下圖的3個電容為MOS管的結(jié)電容,電感為電路走線的寄生電感:

wKgaomadzvSAThAIAACxBQzliS4703.png其利天下技術(shù)·無刷電機(jī)驅(qū)動方案開發(fā)

如果不考慮紋波、EMI和沖擊電流等要求的話,MOS管開關(guān)速度越快越好。因?yàn)殚_關(guān)時間越短,開關(guān)損耗越小,而在開關(guān)電源中開關(guān)損耗占總損耗的很大一部分,因此MOS管驅(qū)動電路的好壞直接決定了電源的效率。

怎么做到MOS管的快速開啟和關(guān)閉呢?

對于一個MOS管,如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短,那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似,如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短,那么MOS管關(guān)斷的速度也就越快。

由此我們可以知道,如果想在更短的時間內(nèi)把GS電壓拉高或者拉低,就要給MOS管柵極更大的瞬間驅(qū)動電流。

大家常用的PWM芯片輸出直接驅(qū)動MOS或者用三極管放大后再驅(qū)動MOS的方法,其實(shí)在瞬間驅(qū)動電流這塊是有很大缺陷的。

比較好的方法是使用專用的MOSFET驅(qū)動芯片如TC4420來驅(qū)動MOS管,這類的芯片一般有很大的瞬間輸出電流,而且還兼容TTL電平輸入,MOSFET驅(qū)動芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下:

wKgaomad0CaAbKMgAAAwvSKg-YE251.png其利天下技術(shù)·無刷電機(jī)驅(qū)動方案開發(fā)

MOS驅(qū)動電路設(shè)計需要注意的地方:因?yàn)轵?qū)動線路走線會有寄生電感,而寄生電感和MOS管的結(jié)電容會組成一個LC振蕩電路,如果直接把驅(qū)動芯片的輸出端接到MOS管柵極的話,在PWM波的上升下降沿會產(chǎn)生很大的震蕩,導(dǎo)致MOS管急劇發(fā)熱甚至爆炸,一般的解決方法是在柵極串聯(lián)10歐左右的電阻,降低LC振蕩電路的Q值,使震蕩迅速衰減掉。

因?yàn)镸OS管柵極高輸入阻抗的特性,一點(diǎn)點(diǎn)靜電或者干擾都可能導(dǎo)致MOS管誤導(dǎo)通,所以建議在MOS管G極和S極之間并聯(lián)一個10K的電阻以降低輸入阻抗。

如果擔(dān)心附近功率線路上的干擾耦合過來產(chǎn)生瞬間高壓擊穿MOS管的話,可以在GS之間再并聯(lián)一個18V左右的TVS瞬態(tài)抑制二極管。

TVS可以認(rèn)為是一個反應(yīng)速度很快的穩(wěn)壓管,其瞬間可以承受的功率高達(dá)幾百至上千瓦,可以用來吸收瞬間的干擾脈沖。綜上,MOS管驅(qū)動電路參考:

wKgZomad0GCANngsAACpHffi6AA034.png其利天下技術(shù)·無刷電機(jī)驅(qū)動方案開發(fā)

MOS管驅(qū)動電路的布線設(shè)計:

wKgZomad0HmAcqgrAAD7bmG1iwY318.png其利天下技術(shù)·無刷電機(jī)驅(qū)動方案開發(fā)

MOS管驅(qū)動線路的環(huán)路面積要盡可能小,否則可能會引入外來的電磁干擾。

驅(qū)動芯片的旁路電容要盡量靠近驅(qū)動芯片的VCC和GND引腳,否則走線的電感會很大程度上影響芯片的瞬間輸出電流。

常見的MOS管驅(qū)動波形:

wKgaomad0KGAFZ_gAAAR-kDEvPE017.png其利天下技術(shù)·無刷電機(jī)驅(qū)動方案開發(fā)

如果出現(xiàn)了這樣圓不溜秋的波形就等著核爆吧。有很大一部分時間管子都工作在線性區(qū),損耗極其巨大。一般這種情況是布線太長電感太大,柵極電阻都救不了你,只能重新畫板子。高頻振鈴嚴(yán)重的毀容方波:

wKgaomad0L-AevdxAAAUb4vOeuw638.png其利天下技術(shù)·無刷電機(jī)驅(qū)動方案開發(fā)

在上升下降沿震蕩嚴(yán)重,這種情況管子一般瞬間死掉,跟上一個情況差不多,進(jìn)線性區(qū)。原因也類似,主要是布線的問題。又胖又圓的肥豬波。上升下降沿極其緩慢,這是因?yàn)樽杩共黄ヅ鋵?dǎo)致的。芯片驅(qū)動能力太差或者柵極電阻太大。果斷換大電流的驅(qū)動芯片,柵極電阻往小調(diào)調(diào)就OK了。打腫臉充正弦的生于方波他們家的三角波:

wKgZomad0NqABoqdAAAIWmtP12w198.png其利天下技術(shù)·無刷電機(jī)驅(qū)動方案開發(fā)

驅(qū)動電路阻抗超大發(fā)了,此乃管子必殺波,解決方法同上。大眾臉型,人見人愛的方波:

wKgZomad0O6AXdobAAAHzjYTd_8722.png

高低電平分明,電平這時候可以叫電平了,因?yàn)樗?。邊沿陡峭,開關(guān)速度快,損耗很小,略有震蕩,可以接受,管子進(jìn)不了線性區(qū),強(qiáng)迫癥的話可以適當(dāng)調(diào)大柵極電阻。 方方正正的帥哥波,無振鈴無尖峰無線性損耗的三無產(chǎn)品,這就是最完美的波形了。

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