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【干货】mos管驱动电路设计详解电子工程师手把手教你秒懂_电阻_电压

乖囧猫 2024-12-31 07:40:36 0

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Lk是驱动回路的感抗,一样平常包含mos管引脚的感抗,PCB走线的感抗等。
现在很多的运用中,用于放大驱动旗子暗记的图腾柱本身也是封装在专门的驱动芯片

常用的mos管驱动电路

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1)图中的Rpd为mos管栅源极的下拉电阻,其浸染是为了给mos管栅极积累的电荷供应泄放回路,一样平常取值在10k~几十k这一数量级。
由于该电阻阻值较大,对付mos管的开关瞬态事情情形基本没有影响,因此在后文剖析mos的开关瞬态时,均忽略Rpd的影响。

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(图片来自网络侵删)

2):Cgd,Cgs ,Cds为mos管的三个寄生电容,在mos管开关瞬态时,这三个电容的非常主要。

二、MOS 管驱动电路设计

这里紧张是从 驱动电路参数设计和驱动芯片选型来进行设计。

1、驱动电阻的打算

1)驱动电阻的下限值

驱动电阻下限值的打算原则为:驱动电阻必须在驱动回路中供应足够的阻尼,来阻尼mos开通瞬间驱动电流的震荡。

mos 开通时的驱动电流

当mos开通瞬间,Vcc通过驱动电阻给Cgs充电,如上图所示(忽略Rpd的影响)。
根据上图,可以写出回路在s域内对应的方程:

回路在s域内对应的方程

根据上面的公式(1)可以求解出ig,并将其化为范例二阶系统的形式:

ig

根据公式(2),可以求解出该二阶系统的阻尼比为:

二阶系统的阻尼比

为了担保驱动电流ig不发生震荡,该系统的阻尼比必须大于1,则根据公式(3)可以求解得到驱动电阻Rg的下限值:

驱动电阻Rg的下限值

公式(4)给出了驱动电阻Rg的下限值,公式(4)中Cgs为 mos管gs的寄生电容,其值可以在mos管对应的datasheet中查到。

而 Lk是驱动回路的感抗,一样平常包含mos管引脚的感抗,PCB走线的感抗,驱动芯片引脚的感抗等,其精确的数值每每难以确定,但数量级一样平常在几十nH旁边。

因此在实际设计时,一样平常先根据公式(4)打算出Rg下限值的一个大概范围,然后再通过实际实验,以驱动电流不发生震荡作为临界条件,得出Rg下限值。

2)驱动电阻的上限值

驱动电阻上限值的打算原则为:防止mos管关断时产生很大的dV/dt使得mos管再次误开通。

当 mos管关断时,其DS之间的电压从0上升到Vds(off),因此有很大的dV/dt,根据公式:i=CdV/dt,该dV/dt会在Cgd上产生较大的电流igd,如下图所示。

mos关断时的对应电流

该电流 igd会流过驱动电阻Rg,在mos管GS之间又引入一个电压,当该电压高于mos管的门槛电压Vth时,mos管会误开通,为了防止mos管误开通,应该知足:

门槛电压Vth的取值范围

由上式解得驱动电阻Rg的上限值:

驱动电阻Rg的上限值

公式(6)给出了驱动电阻Rg的上限值,式(6)中Cgd为mos管gd的寄生电容,Vth为mos管的门槛电压,均可以在对应的datasheet中查到,dV/dt则可以根据电路实际事情时mos的DS电压和mos管关断时DS电压上升韶光(该韶光一样平常在datasheet中也能查到)求得。

从上面的剖析可以看到,在mos管关断时,为了防止误开通,应该只管即便减小关断时驱动回路的阻抗。

基于这一思想,下面再给出两种很常用的改进型电路,可以有效地避免关断时mos的误开通问题。

改进电路1:

下图给出的改进电路1是在驱动电阻上反并联了一个二极管。

当mos关断时,关断电流就会流经二极管Doff,这样mos管gs的电压就为二极管的导通压降,一样平常为0.7V,远小于mos的门槛电压(一样平常为2.5V以上),有效地避免了mos的误开通。

改进电路1

改进电路 2:

下图给出的改进电路2是在驱动电路上加入了一个开通二极管Don和关断三级管Qoff。

当mos关断时,Qoff打开,关断电流就会流经该三极管Qoff,这样mos管gs的电压就被钳位至地电平附近,从而有效地避免了mos的误开通。

改进电路2

3)驱动电阻阻值的选择

根据上面的剖析,可以求得mos管驱动电阻的上限值和下限值,一样平常来说,mos管驱动电阻的取值范围在5~100Ω之间,那么在这个范围内如何进一步优化阻值的选取呢?

这就要从损耗方面来考虑,当驱动电阻阻值越大时,mos管开通关断韶光越长(如下图所示)。

mos开关韶光随驱动电阻的变革

在开关时候电压电流交叠韶光就越大,造成的开关损耗就越大(如下图所示)。
以是在担保驱动电阻能供应足够的阻尼,防止驱动电流震荡的条件下,驱动电阻该当越小越好。

mos开关损耗随驱动电阻的变革

比如通过公式(4)和公式式(6)的打算:

驱动电阻的下限值

驱动电阻的上限值

得到驱动电阻的下限为5Ω,上限为100Ω。
那么考虑一定的裕量,取驱动电阻为10Ω时是得当的,而将驱动电阻取得太大(比如50Ω以上),从损耗的角度来讲,肯定是不得当的。

2、驱动芯片的选型

对付驱动芯片来说,选型紧张考虑如下技能参数:驱动电流,功耗,传输延迟韶光等,对隔离型驱动还要考虑原副边隔离电压,瞬态共模抑制等等。

1)最大电流

在mos管开通的时候,根据下图,可以得到 mos开通瞬间的驱动电流ig为(忽略Lk的影响)

mos开通瞬间的驱动电流ig

个中△Vgs为驱动电压的摆幅,那么在选择驱动芯片的时候,最主要的一点便是驱动芯片能供应的最大电流要超过上面公式(7)所得出的电流,即驱动芯片要有足够的“驱动能力”。

2)功耗

驱动功率打算表达式如下:

驱动功率打算

Qg为栅极充电电荷,可以在datasheet中查到△Vgs为驱动电压的摆幅为驱动电压的摆幅fs为mos的开关频率

在实际选择驱动芯片时,应选择驱动芯片所能供应的功率大于公式(8)所打算出来的功率。

同时还要考虑环境温度的影响,由于大多数驱动芯片所能供应的功率都是随着环温的升高而降额的,如下所示。

驱动许可的损耗功率随着环温升高而降额

3)传输延迟(Propagation Delay)

传输延迟便是驱动芯片的输出上升沿和低落沿都要比起输入旗子暗记延迟一段韶光,其对应的波形如下图所示。

对付传输延迟来说,我们一样平常希望有两点:1)传输延时的韶光要只管即便短。
2)“开通”传输延时和“关断”传输延时的同等性要只管即便好。

驱动芯片输入输出传输延时

下面就针对第二点来说一说,如果开通和关断传输延时不一致会有什么影响呢?我们以常用的IGBT驱动,光耦M57962为例,给出其传输延时的数据,如下图所示。

M57962的传输延时数据

上图可以看到,M57962的的开通传输延时一样平常为1us,最大为1.5us;关断传输延时一样平常为1us,最大为1.5us。
其开通关断延时的同等性很差,这样就会对去世区韶光造成很大的影响。

假设输入M57962的驱动去世区设置为1.5us,那么实际到IGBT的GE级的驱动去世区韶光最大为2us(下管开通延时1.5us, 上管关断延时1us),最小仅为1us(下管开通延时1us, 上管关断延时1.5us)。
造成实际到达IGBT的GE级的去世区韶光的不一致。

因此在设计去世区韶光时,应该充分考虑到驱动芯片本身的传输延时的不一致性,避免因此造成的去世区韶光过小而导致的桥臂直通。

4)原副边绝缘电压

对付隔离型驱动来说(光耦隔离,磁耦隔离)。
须要考虑原副边的绝缘电压,一样平常项目中都会给出绝缘电压的干系哀求。
若没有干系哀求,一样平常可取绝缘电压为mos电压定额的两倍以上。

5)共模瞬态抑制

对付桥式电路来说,同一桥臂上管的源极(也便是下管的漏极)是高频跳变的,该高频跳变的dV/dt会通过隔离驱动原副边的寄生电容产生较大的共模电流耦合到原边,从而对掌握驱动产生影响,如图下所示。

以是说,驱动芯片的共模瞬态抑制也很主要,在实际选择驱动芯片时,驱动芯片的CM 瞬态抗扰度该当大于电路中实际的dV/dt,越大越好。

共模瞬态抑制

来源:电子工程师条记

以上便是关于 MOS管驱动电路设计的干系知识,希望大家多多支持我呀,有什么疑问欢迎在评论区留言。

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