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【原创】MOSFET的驱动技术详解

MOSFET作为功率开关管,已经是是开关电源领域的绝对主力器件。虽然MOSFET作为电压型驱动器件,其驱动表面上看来是非常简单,但是详细分析起来并不简单。下面我会花一点时间,一点点来解析MOSFET的驱动技术,以及在不同的应用,应该采用什么样的驱动电路。

 

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贴片机
LV.8
2
2010-07-14 14:51
期待精彩讲解...
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2010-07-14 14:52
先占个位子等
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兰波
LV.8
4
2010-07-14 14:52
占个坐。
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2010-07-14 14:53
最近正在学习这方面的内容,非常期待您的讲解!
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2010-07-14 15:13

首先,来做一个实验,把一个MOSFET的G悬空,然后在DS上加电压,那么会出现什么情况呢?很多工程师都知道,MOS会导通甚至击穿。这是为什么呢?因为我根本没有加驱动电压,MOS怎么会导通?用下面的图,来做个仿真:

 

去探测G极的电压,发现电压波形如下:

  

G极的电压居然有4V多,难怪MOSFET会导通,这是因为MOSFET的寄生参数在捣鬼。

关于MOSFET的寄生参数的描述,可以参考蜘蛛先生的帖子:http://bbs.dianyuan.com/topic/579603

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2010-07-14 16:23

期待啊%&……

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2010-07-14 16:41
@sometimes
首先,来做一个实验,把一个MOSFET的G悬空,然后在DS上加电压,那么会出现什么情况呢?很多工程师都知道,MOS会导通甚至击穿。这是为什么呢?因为我根本没有加驱动电压,MOS怎么会导通?用下面的图,来做个仿真:[图片] 去探测G极的电压,发现电压波形如下: [图片] G极的电压居然有4V多,难怪MOSFET会导通,这是因为MOSFET的寄生参数在捣鬼。关于MOSFET的寄生参数的描述,可以参考蜘蛛先生的帖子:http://bbs.dianyuan.com/topic/579603

这种情况有什么危害呢?实际情况下,MOS肯定有驱动电路的么,要么导通,要么关掉。问题就出在开机,或者关机的时候,最主要是开机的时候,此时你的驱动电路还没上电。但是输入上电了,由于驱动电路没有工作,G级的电荷无法被释放,就容易导致MOS导通击穿。那么怎么解决呢?

在GS之间并一个电阻.

 

那么仿真的结果呢:

 

几乎为0V.

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2010-07-14 17:12
这个主题好,期待楼主的大论。
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2010-07-14 17:21

什么叫驱动能力,很多PWM芯片,或者专门的驱动芯片都会说驱动能力,比如384X的驱动能力为1A,其含义是什么呢?

假如驱动是个理想脉冲源,那么其驱动能力就是无穷大,想提供多大电流就给多大。但实际中,驱动是有内阻的,假设其内阻为10欧姆,在10V电压下,最多能提供的峰值电流就是1A,通常也认为其驱动能力为1A。

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hpzax
LV.4
11
2010-07-14 17:25
@leetao365366
期待啊%&……
谢谢,学习了
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2010-07-14 17:34
@sometimes
什么叫驱动能力,很多PWM芯片,或者专门的驱动芯片都会说驱动能力,比如384X的驱动能力为1A,其含义是什么呢?假如驱动是个理想脉冲源,那么其驱动能力就是无穷大,想提供多大电流就给多大。但实际中,驱动是有内阻的,假设其内阻为10欧姆,在10V电压下,最多能提供的峰值电流就是1A,通常也认为其驱动能力为1A。

那什么叫驱动电阻呢,通常驱动器和MOS的G极之间,会串一个电阻,就如下图的R3。

 

驱动电阻的作用,如果你的驱动走线很长,驱动电阻可以对走线电感和MOS结电容引起的震荡起阻尼作用。但是通常,现在的PCB走线都很紧凑,走线电感非常小。

第二个,重要作用就是调解驱动器的驱动能力,调节开关速度。当然只能降低驱动能力,而不能提高。

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2010-07-14 21:11
@sometimes
那什么叫驱动电阻呢,通常驱动器和MOS的G极之间,会串一个电阻,就如下图的R3。[图片] 驱动电阻的作用,如果你的驱动走线很长,驱动电阻可以对走线电感和MOS结电容引起的震荡起阻尼作用。但是通常,现在的PCB走线都很紧凑,走线电感非常小。第二个,重要作用就是调解驱动器的驱动能力,调节开关速度。当然只能降低驱动能力,而不能提高。

对上图进行仿真,R3分别取1欧姆,和100欧姆。下图是MOS的G极的电压波形上升沿。

  

红色波形为R3=1欧姆,绿色为R3=100欧姆。可以看到,当R3比较大时,驱动就有点力不从心了,特别在处理米勒效应的时候,驱动电压上升很缓慢。

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2010-07-14 21:14
@sometimes
对上图进行仿真,R3分别取1欧姆,和100欧姆。下图是MOS的G极的电压波形上升沿。[图片] [图片] 红色波形为R3=1欧姆,绿色为R3=100欧姆。可以看到,当R3比较大时,驱动就有点力不从心了,特别在处理米勒效应的时候,驱动电压上升很缓慢。

下图,是驱动的下降沿 

 

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2010-07-15 08:08
@sometimes
下图,是驱动的下降沿[图片] [图片] 

sometimes老兄,您分析的很完美,请问您一个问题

如果一个电源根据功率算出来的是需要7A的MOS,那么

需要多大的驱动电流了,有没能公式了。

谢谢

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2010-07-15 09:38

沙发,板凳都没了,站着听

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roc19850
LV.5
17
2010-07-15 10:05
@电源网-娜娜姐
沙发,板凳都没了,站着听[图片]

好贴,找个沙地躺着听!

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2010-07-15 11:33

今天再来听课,谢谢

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2010-07-15 11:40
@tqr987654321
sometimes老兄,您分析的很完美,请问您一个问题如果一个电源根据功率算出来的是需要7A的MOS,那么需要多大的驱动电流了,有没能公式了。谢谢

同样标称7A的mos,不同的厂家,不同的器件,参数是不一样的。所以没有什么公式可以去计算。

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2010-07-15 13:25
@sometimes
下图,是驱动的下降沿[图片] [图片] 

那么驱动的快慢对MOS的开关有什么影响呢?下图是MOS导通时候DS的电压:

 

红色的是R3=1欧姆,绿色的是R3=100欧姆。可见R3越大,MOS的导通速度越慢。

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2010-07-15 13:29
@sometimes
那么驱动的快慢对MOS的开关有什么影响呢?下图是MOS导通时候DS的电压:[图片] 红色的是R3=1欧姆,绿色的是R3=100欧姆。可见R3越大,MOS的导通速度越慢。

下图是电流波形

 

红色的是R3=1欧姆,绿色的是R3=100欧姆。可见R3越大,MOS的导通速度越慢。

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2010-07-15 13:46
@sometimes
下图是电流波形[图片] 红色的是R3=1欧姆,绿色的是R3=100欧姆。可见R3越大,MOS的导通速度越慢。

可以看到,驱动电阻增加可以降低MOS开关的时候得电压电流的变化率。比较慢的开关速度,对EMI有好处。下图是对两个不同驱动情况下,MOS的DS电压波形做付利叶分析得到

 

红色的是R3=1欧姆,绿色的是R3=100欧姆。可见,驱动电阻大的时候,高频谐波明显变小。

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2010-07-15 13:51
@sometimes
可以看到,驱动电阻增加可以降低MOS开关的时候得电压电流的变化率。比较慢的开关速度,对EMI有好处。下图是对两个不同驱动情况下,MOS的DS电压波形做付利叶分析得到[图片] 红色的是R3=1欧姆,绿色的是R3=100欧姆。可见,驱动电阻大的时候,高频谐波明显变小。

但是驱动速度慢,又有什么坏处呢?那就是开关损耗大了,下图是不同驱动电阻下,导通损耗的功率曲线。

 

红色的是R3=1欧姆,绿色的是R3=100欧姆。可见,驱动电阻大的时候,损耗明显大了。

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2010-07-15 13:55
@sometimes
但是驱动速度慢,又有什么坏处呢?那就是开关损耗大了,下图是不同驱动电阻下,导通损耗的功率曲线。[图片] 红色的是R3=1欧姆,绿色的是R3=100欧姆。可见,驱动电阻大的时候,损耗明显大了。

结论:驱动电阻到底选多大?还真难讲,小了,EMI不好,大了,效率不好。

所以只能一个折中的选择了。

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2010-07-15 14:06
@sometimes
结论:驱动电阻到底选多大?还真难讲,小了,EMI不好,大了,效率不好。所以只能一个折中的选择了。

那如果,开通和关断的速度要分别调节,怎么办?就用以下电路。

 

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edifierwjq
LV.2
26
2010-07-15 16:49
@sometimes
那如果,开通和关断的速度要分别调节,怎么办?就用以下电路。[图片] 

有问题想请教下楼主,最近在调试全桥电路,发现当输入电压加到100V的时候驱动波形就不对了,Vgs会出现一个跌落,如示波器截图所示,输入电压再升高一些就会出现桥臂直通的情况,同一桥臂的两个管子就烧掉了。我是利用光耦A3120来驱动桥臂的四个开关管的。希望得到您的帮助,谢谢了!

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2010-07-15 17:32
@edifierwjq
有问题想请教下楼主,最近在调试全桥电路,发现当输入电压加到100V的时候驱动波形就不对了,Vgs会出现一个跌落,如示波器截图所示,输入电压再升高一些就会出现桥臂直通的情况,同一桥臂的两个管子就烧掉了。我是利用光耦A3120来驱动桥臂的四个开关管的。希望得到您的帮助,谢谢了!

你的波形呢?

有可能是驱动能力不够

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edifierwjq
LV.2
28
2010-07-15 18:52
@sometimes
你的波形呢?有可能是驱动能力不够
不好意思,第一次来咱们论坛,还没搞清楚如何上传图片,等下就上传上去。究竟怎样定义电源的驱动能力呢?A3120的电流驱动能力是2A,电压源用的是实验室那种很笨重的直流源,其电流输出能力为3A,应该够驱动MOSFET了吧?最近我也在学习有关MOSFET的特性及驱动技术,看得有些头大,希望能够得到您的帮助。
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freepig879
LV.4
29
2010-07-15 19:51

楼主用的什么仿真软件?看起来功能很强大,还可以仿真EMI 频谱,

是否有破解版可以学习一下

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qifeng
LV.5
30
2010-07-15 20:20
@freepig879
楼主用的什么仿真软件?看起来功能很强大,还可以仿真EMI频谱,是否有破解版可以学习一下
楼主分析的很好  自带小板凳坐着听
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2010-07-15 22:11
@freepig879
楼主用的什么仿真软件?看起来功能很强大,还可以仿真EMI频谱,是否有破解版可以学习一下

这个是simetrix,网上应该有demo版本的。

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