MOS管驅動(dòng)電路要點(diǎn)解析-MOS管寄生參數帶來(lái)的影響有哪些-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-05-16
跟雙極性晶體管相比，一般認為使MOS管導通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。
在MOS管的結構中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅動(dòng)，實(shí)際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個(gè)電流，因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì )比較大。選擇/設計MOS管驅動(dòng)時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。
第二注意的是，普遍用于高端驅動(dòng)的NMOS，導通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅動(dòng)的MOS管導通時(shí)源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個(gè)系統里，要得到比VCC大的電壓，就要專(zhuān)門(mén)的升壓電路了。很多馬達驅動(dòng)器都集成了電荷泵，要注意的是應該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅動(dòng)MOS管。
上邊說(shuō)的4V或10V是常用的MOS管的導通電壓，設計時(shí)當然需要有一定的余量。而且電壓越高，導通速度越快，導通電阻也越小?，F在也有導通電壓更小的MOS管用在不同的領(lǐng)域里，但在12V汽車(chē)電子系統里，一般4V導通就夠用了。
我們在應用MOS管和設計MOS管驅動(dòng)的時(shí)候，有很多寄生參數，其中最影響MOS管開(kāi)關(guān)性能的是源邊感抗。寄生的源邊感抗主要有兩種來(lái)源，第一個(gè)就 是晶圓DIE和封裝之間的Bonding線(xiàn)的感抗，另外一個(gè)就是源邊引腳到地的PCB走線(xiàn)的感抗（地是作為驅動(dòng)電路的旁路電容和電源網(wǎng)絡(luò )濾波網(wǎng)的返回路徑）。在某些情況下，加入測量電流的小電阻也可能產(chǎn)生額外的感抗。
源邊感抗帶來(lái)的影響如下面所寫(xiě)。
由于存在源邊電感，在開(kāi)啟和關(guān)段初期，電流的變化被拽了，使得充電和放電的時(shí)間變長(cháng)了。同時(shí)源感抗和等效輸入電容之間會(huì )發(fā)生諧振（這個(gè)諧振是由于驅動(dòng)電壓的 快速變壓形成的，也是我們在 G端看到震蕩尖峰的原因），我們加入的門(mén)電阻Rg和內部的柵極電阻Rm都會(huì )抑制這個(gè)震蕩（震蕩的Q值非常高）。
我們需要加入的優(yōu)化電阻的值可以通過(guò)上述的公式選取，如果電阻過(guò)大則會(huì )引起G端電壓的過(guò)沖（優(yōu)點(diǎn)是加快了開(kāi)啟的過(guò)程），電阻過(guò)小則會(huì )使得開(kāi)啟過(guò)程變得很慢，加大了開(kāi)啟的時(shí)間（雖然G端電壓會(huì )被抑制）。
園感抗另外一個(gè)影響是阻礙Id的變化，當開(kāi)啟的時(shí)候，初始時(shí)di/dt偏大，因此在原感抗上產(chǎn)生了較大壓降，從而使得源點(diǎn)點(diǎn)位抬高，使得Vg電壓大部分加在電感上面，因此使得G點(diǎn)的電壓變化減小，進(jìn)而形成了一種平衡（負反饋系統）。
另外一個(gè)重要的寄生參數是漏極的感抗，主要是有內部的封裝電感以及連接的電感所組成。
在開(kāi)啟狀態(tài)的時(shí)候Ld起到了很好的作用（Subber吸收的作用），開(kāi)啟的時(shí)候由于Ld的作用，有效的限制了di/dt/（同時(shí)減少了開(kāi)啟的功耗）。在關(guān)斷的時(shí)候，由于Ld的作用，Vds電壓形成明顯的下沖（負壓）并顯著(zhù)的增加了關(guān)斷時(shí)候的功耗。
實(shí)際上驅動(dòng)器和MOS管一般離開(kāi)很遠，因此在源級到返回路徑的環(huán)路上存在很大的感抗，即使我們考慮使用地平面，那么我們仍舊需要一段很粗的PCB線(xiàn)連接源級和地平面。
另外一個(gè)問(wèn)題是大部分的集成芯片的輸出電流都比較小，因為由于控制頻率較高，晶圓大小受到限制。同時(shí)內部功耗很高也導致了IC的成本較高，因此我們需要一些擴展分立的電路。
由于開(kāi)啟的瞬間，MOS管需要吸取大量的電流，因此旁路電容需要盡可能的貼近驅動(dòng)器電源端。
有兩個(gè)電流需要我們去考慮：第一個(gè)是驅動(dòng)器靜態(tài)電流，它收到輸入狀態(tài)的影響。他可以產(chǎn)生一個(gè)和占空比相關(guān)的紋波。
另外一個(gè)是G極電流，MOS管開(kāi)通的時(shí)候，充電電流時(shí)將旁路電流的能量傳輸至MOS管輸入電容上。其紋波大小可用公式來(lái)表明，最后兩個(gè)可合在一起。
如果驅動(dòng)器輸出級為晶體管，那么我們還需要適當的保護來(lái)防止反向電流。一般為了成本考慮，我們采用NPN的輸出級電路。NPN管子只能承受單向電流，高邊的 管子輸出電流，低邊的管子吸收電流。在開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)候，無(wú)可避免的源感抗和輸入電容之間的振蕩使得電流需要上下兩個(gè)方向都有通路，為了提供一條方向通 路，低電壓的肖特基二極管可以用來(lái)保護驅動(dòng)器的輸出級，這里注意這兩個(gè)管子并不能保護MOS管的輸入級（離MOS管較遠），因此二極管需要離驅動(dòng)器引腳非常近。
這是最便宜和有效地驅動(dòng)方式，此電路需要盡量考慮MOS管，這樣可以使得開(kāi)啟時(shí)大電流環(huán)路盡可能小，并且此電路需要專(zhuān)門(mén)的旁路電容。Rgate是可選 的，Rb可以根據晶體管的放大倍數來(lái)選擇。兩個(gè)BE之間的PN結有效的實(shí)現了反壓時(shí)候的相互保護，并能有效的把電壓嵌位在VCC+Vbe，GND-Vbe 之間。
MOS管開(kāi)通的時(shí)候，開(kāi)啟的速度主要取決于二極管的反向特性。
因此MOS管關(guān)斷的時(shí)間需要我們去優(yōu)化，放電曲線(xiàn)取決于Rgate，Rgate越小則關(guān)斷越快。下面有好幾個(gè)方案：
（一）二極管關(guān)斷電路
這是最簡(jiǎn)單的加速電路。Rgate調整著(zhù)MOS管的開(kāi)啟速度，當關(guān)斷的時(shí)候，由二極管短路電阻，此時(shí)G極電流最小為：Imin=Vf / Rgate 。
此電路的優(yōu)點(diǎn)是大大加速了關(guān)斷的速度，但是它僅在電壓高的時(shí)候工作，且電流仍舊流向驅動(dòng)器。
（二）PNP關(guān)斷電路
這是最流行和通用的電路，利用PNP的管子，在關(guān)斷期間，源極和柵極被短路了。二極管提供了開(kāi)啟時(shí)候的電流通路（并且有保護PNP管子eb免受反向電壓的影響），Rgate限制了開(kāi)啟的速度。
電路的最大的好處是放電電流的尖峰被限制在最小的環(huán)路中，電流并不返回至驅動(dòng)器，因此也不會(huì )造成地彈的現象，驅動(dòng)器的功率也小了一半，三極管的存在減小了回路電感。
仔細看這個(gè)電路其實(shí)是圖騰柱結構的簡(jiǎn)化，電路的唯一的缺點(diǎn)是柵極電壓并不釋放到0V，而是存在EC極的壓差。
（三）NPN關(guān)斷電路
優(yōu)點(diǎn)和上面的PNP管子相同，缺點(diǎn)是加入了一個(gè)反向器，加入反向器勢必會(huì )造成延遲。
（四）NMOS關(guān)斷電路
這個(gè)電路可以使得MOS管關(guān)斷非?？?，并且柵極電壓完全釋放至零電壓。不過(guò)小NMOS管子需要一個(gè)方向電壓來(lái)驅動(dòng)。 問(wèn)題也存在，NMOS的Coss電容和主MOS管的CISS合成變成等效的電容了。
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