Mos在控制器電路中的工作狀態(tài):開通過程(由截止到導(dǎo)通的過渡過程)、導(dǎo)通狀態(tài)、關(guān)斷過程(由導(dǎo)通到截止的過渡過程)、截止?fàn)顟B(tài)。
Mos主要損耗也對應(yīng)這幾個狀態(tài),開關(guān)損耗(開通過程和關(guān)斷過程),導(dǎo)通損耗,截止損耗(漏電流引起的,這個忽略不計),還有雪崩能量損耗。只要把這些損耗控制在Mos承受規(guī)格之內(nèi),Mos即會正常工作,超出承受范圍,即發(fā)生損壞。而開關(guān)損耗往往大于導(dǎo)通狀態(tài)損耗,不同Mos這個差距可能很大。
Mos損壞主要原因:1.?過流----------持續(xù)大電流或瞬間超大電流引起的結(jié)溫過高而燒毀;2.?過壓----------源漏過壓擊穿、源柵極過壓擊穿;3.?靜電----------靜電擊穿。CMos電路都怕靜電
Mos開關(guān)原理:Mos是電壓驅(qū)動型器件,只要柵極和源級間給一個適當(dāng)電壓,源級和漏級間通路就形成。這個電流通路的電阻被成為Mos內(nèi)阻,就是導(dǎo)通電阻
Mos問題遠沒這么簡單,麻煩在它的柵極和源級間,源級和漏級間,柵極和漏級間內(nèi)部都有等效電容。所以給柵極電壓的過程就是給電容充電的過程(電容電壓不能突變),所以Mos源級和漏級間由截止到導(dǎo)通的開通過程受柵極電容的充電過程制約。
然而,這三個等效電容是構(gòu)成串并聯(lián)組合關(guān)系,它們相互影響,并不是獨立的。其中一個關(guān)鍵電容就是柵極和漏級間的電容Cgd,這個電容業(yè)界稱為米勒電容。這個電容不是恒定的,隨柵極和漏級間電壓變化而迅速變化。這個米勒電容是柵極和源級電容充電的絆腳石,因為柵極給柵-源電容Cgs充電達到一個平臺后,柵極的充電電流必須給米勒電容Cgd充電,這時柵極和源級間電壓不再升高,達到一個平臺,這個是米勒平臺(米勒平臺就是給Cgd充電的過程),米勒平臺大家首先想到的麻煩就是米勒振蕩。(即,柵極先給Cgs充電,到達一定平臺后再給Cgd充電)。
因為這個時候源級和漏級間電壓迅速變化,內(nèi)部電容相應(yīng)迅速充放電,這些電流脈沖會導(dǎo)致Mos寄生電感產(chǎn)生很大感抗,這里面就有電容,電感,電阻組成震蕩電路(能形成2個回路),并且電流脈沖越強頻率越高震蕩幅度越大。所以最關(guān)鍵的問題就是這個米勒平臺如何過渡。
Gs極加電容,減慢Mos管導(dǎo)通時間,有助于減小米勒振蕩。防止Mos管燒毀。過快的充電會導(dǎo)致激烈的米勒震蕩,但過慢的充電雖減小了震蕩,但會延長開關(guān)從而增加開關(guān)損耗。Mos開通過程源級和漏級間等效電阻相當(dāng)于從無窮大電阻到阻值很小的導(dǎo)通內(nèi)阻(導(dǎo)通內(nèi)阻一般低壓Mos只有幾毫歐姆)的一個轉(zhuǎn)變過程。
比如一個Mos最大電流100A,電池電壓96v,在開通過程中,有那么一瞬間(剛進入米勒平臺時)Mos發(fā)熱功率是P=V*I(此時電流已達最大,負載尚未跑起來,所有的功率都降落在Mos管上),P=96*100=9600w!這時它發(fā)熱功率最大,然后發(fā)熱功率迅速降低直到完全導(dǎo)通時功率變成100*100*0.003=30w(這里假設(shè)這個Mos導(dǎo)通內(nèi)阻3毫歐姆)。開關(guān)過程中這個發(fā)熱功率變化是驚人的。如果開通時間慢,意味著發(fā)熱從9600w到30w過渡的慢,Mos結(jié)溫會升高的厲害。所以開關(guān)越慢,結(jié)溫越高,容易燒Mos。為了不燒Mos,只能降低Mos限流或者降低電池電壓,比如給它限制50A或電壓降低一半成48v,這樣開關(guān)發(fā)熱損耗也降低了一半。不燒管子了。這也是高壓控容易燒管子原因,高壓控制器和低壓的只有開關(guān)損耗不一樣(開關(guān)損耗和電池端電壓基本成正比,假設(shè)限流一樣),導(dǎo)通損耗完全受Mos內(nèi)阻決定,和電池電壓沒任何關(guān)系。
其實整個Mos開通過程非常復(fù)雜。里面變量太多??傊褪情_關(guān)慢不容易米勒震蕩,但開關(guān)損耗大,管子發(fā)熱大,開關(guān)速度快理論上開關(guān)損耗低(只要能有效抑制米勒震蕩),但是往往米勒震蕩很厲害(如果米勒震蕩很嚴重,可能在米勒平臺就燒管子了),反而開關(guān)損耗也大,并且上臂Mos震蕩更有可能引起下臂Mos誤導(dǎo)通,形成上下臂短路。所以這個很考驗設(shè)計師的驅(qū)動電路布線和主回路布線技能。最終就是找個平衡點(一般開通過程不超過1us)。開通損耗這個最簡單,只和導(dǎo)通電阻成正比,想大電流低損耗找內(nèi)阻低的。
fqj
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