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關(guān)于MOSFET驅(qū)動電阻的選擇 - 全文

2012年04月10日 11:42 本站整理 作者:秩名 用戶評論(0

  L為PCB走線電感,根據(jù)他人經(jīng)驗其值為直走線1nH/mm,考慮其他走線因素,取L=Length+10(nH),其中Length單位取mm。

  Rg為柵極驅(qū)動電阻,設(shè)驅(qū)動信號為12V峰值的方波。

  Cgs為MOSFET柵源極電容,不同的管子及不同的驅(qū)動電壓時會不一樣,這兒取1nF。

  VL+VRg+VCgs=12V

  

  計算式

  這是個3階系統(tǒng),當(dāng)其極點為3個不同實根時是個過阻尼震蕩,有兩個相同實根時是臨界阻尼震蕩,當(dāng)有虛根時是欠阻尼震蕩,此時會在MOSFET柵極產(chǎn)生上下震蕩的波形,這是我們不希望看到的,因此柵極電阻Rg阻值的選擇要使其工作在臨界阻尼和過阻尼狀態(tài),考慮到參數(shù)誤差實際上都是工作在過阻尼狀態(tài)。

  根據(jù)以上得到

  

  計算式

  因此根據(jù)走線長度可以得到Rg最小取值范圍。

  

  等效驅(qū)動電路

  分別考慮20m長m和70mm長的走線: L20=30nH,L70=80nH, 則Rg20=8.94Ω,Rg70=17.89Ω,

  以下分別是電壓電流波形:

  

  電壓電流波形

  可以看到當(dāng)Rg比較小時驅(qū)動電壓上沖會比較高,震蕩比較多,L越大越明顯,此時會對MOSFET及其他器件性能產(chǎn)生影響。但是阻值過大時驅(qū)動波形上升比較慢,當(dāng)MOSFET有較大電流通過時會有不利影響。

  

  MOSFET有較大電流通過時

  此外也要看到,當(dāng)L比較小時,此時驅(qū)動電流的峰值比較大,而一般IC的驅(qū)動電流輸出能力都是有一定限制的,當(dāng)實際驅(qū)動電流達到IC輸出的最大值時,此時IC輸出相當(dāng)于一個恒流源,對Cgs線性充電,驅(qū)動電壓波形的上升率會變慢。電流曲線就可能如左圖所示(此時由于電流不變,電感不起作用)。這樣可能會對IC的可靠性產(chǎn)生影響,電壓波形上升段可能會產(chǎn)生一個小的臺階或毛刺。

  

  IC的PWM OUT輸出

  一般IC的PWM OUT輸出如左圖所示,內(nèi)部集成了限流電阻Rsource和Rsink,通常Rsource》Rsink,具體數(shù)值大小同IC的峰值驅(qū)動輸出能力有關(guān),可以近似認(rèn)為R=Vcc/Ipeak。一般IC的驅(qū)動輸出能力在0.5A左右,因此Rsource在20Ω左右。

  由前面的電壓電流曲線可以看到一般的應(yīng)用中IC的驅(qū)動可以直接驅(qū)動MOSFET,但是考慮到通常驅(qū)動走線不是直線,感量可能會更大,并且為了防止外部干擾,還是要使用Rg驅(qū)動電阻進行抑制??紤]到走線分布電容的影響,這個電阻要盡量靠近MOSFET的柵極。

  

  表

  可以看到L對上升時間的影響比較小,主要還是Rg影響比較大。上升時間可以用2*Rg*Cgs來近似估算,通常上升時間小于導(dǎo)通時間的二十分之一時,MOSFET開關(guān)導(dǎo)通時的損耗不致于會太大造成發(fā)熱問題,因此當(dāng)MOSFET的最小導(dǎo)通時間確定后Rg最大值也就確定了 ,一般Rg在取值范圍內(nèi)越小越好,但是考慮EMI的話可以適當(dāng)取大。

  以上討論的是MOSFET ON狀態(tài)時電阻的選擇,在MOSFET OFF狀態(tài)時為了保證柵極電荷快速瀉放,此時阻值要盡量小,這也是Rsink放電阻過小,由于走線電感的原因也會引起諧振(因此有些應(yīng)用中也會在這個二極管上串一個小電阻),但是由于二極管的反向電流不導(dǎo)通,此時RG又參與反向諧振回路,因此可以抑制反向諧振的尖峰。這個二極管通常使用高頻小信號管1N4148。

  

  圖

  實際使用中還要考慮MOSFET柵漏極還有個電容Cgd的影響,MOSFET ON時Rg還要對Cgd充電,會改變電壓上升斜率,OFF時VCC會通過Cgd向Cgs充電,此時必須保證Cgs上的電荷快速放掉,否則會導(dǎo)致MOSFET的異常導(dǎo)通。

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