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MOS產品應用建議

2012/2/13 | 來自:

MOS產品應用建議

一、BVDSS的選擇:

在選定器件的耐壓時,對于電路運行條件的電源電壓VDD以及開關斷開時產生的浪涌電壓,在設計時需要留有一定余量,不能超過BVDSS。另外BVDSS具有正溫度特性,所以必須考慮使用的最低溫度環境條件。如果選取余量很小,近乎極限應用,且應用環境溫度又很低,則會發生失效。

二、驅動電壓建議:

功率MOSFET柵極驅動電壓可通過柵極氧化層的調整來改變,柵極氧化層越薄則VTH越低,VTH具有負溫度特性,約為-5mV/℃,即溫度上升100,VTH降低0.5V。對于開關應用的MOSFET來講,VTH值在2-5V之間,電路應用中應將VGS電壓設定在10V-12V之間,這樣可以使得MOSFET完全開通處于飽和狀態,如果VGS電壓過于臨界接近VTH值,則可能由于溫度影響導致VTH變化而使得MOSFET不能開啟或者出于放大狀態。如右圖所示:由于VGS驅動電壓過低,

VDS波形

ID波形

導致了MOS進入放大狀態,這時會出現DS高電壓,ID大電流的情況,極易燒毀晶體管。所以在電路設計時要注意各種異常狀態下的GS驅動電壓不要過低。不過GS驅動電壓也不是越高越好,10V左右驅動電壓最佳,即使再增加驅動電壓也只不過是增加驅動功耗而已,對MOSFET工作并無益處。

 

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

VDS波形

ID波形

 

VDS波形

ID波形

 

 

 

 

 

三、驅動電路的設計:

 

 

 

 

 

在應用中使MOSFET驅動電路與MOSFET匹配主要是根據功率MOSFET導通和截止的速度快慢(柵極電壓的上升和下降時間)。任何應用中對上升和下降時間的優化取決于很多因素,例如EMI(傳導和輻射)、開關損耗、引腳/電路的感抗以及開關頻率等,對開關時間的優化會對前面幾項因素產生一定影響,例如開關速度的提高會加重EMI干擾,但是會降低開關損耗,如果是自激振蕩電路又會對開關頻率產生一定影響等。MOSFET導通和截止的速度

MOSFET柵極電容的充電和放電速度有關。MOSFET柵極電容、導通和截止時間、驅動電流的關系可以表示為: dT=(dV*C)/I   Q=C*V    dT=Q/I

其中:dT= 導通/截止時間

      dV= 柵極電壓

      C= 柵極電容

      I= 峰值驅動電流

例如:某一MOSFET產品

        柵極電荷=20nCQ

        柵極電壓=12V (dV)

        導通/截止時間=40ns (dT)

則驅動電流計算為

      dT=Q/I

      I=Q/Dt=20nC/40nS=0.5A

要注意的是這個是峰值電流。

通常柵極驅動電路會加一個限流電阻,一方面對充電電流加以限制,另外通過對電阻的調整可以改變柵極電壓的上升時間,改善EMI噪聲,但是此電阻不宜過大,建議在100歐姆以下,否則對開關損耗影響較大。

如果柵極驅動電路與柵極的連接走線較長,則會有一定電感存在易產生振蕩,如果振蕩電壓超過柵極所能承受的電壓,則會燒毀柵極,所以需要在柵源之間加齊納二極管,防止柵極擊穿。

柵極驅動可以反向并聯一個二極管,這樣可以加快柵極電容的反向放電速度,提高MOSFET的關斷速度,降低開關損耗,但是考慮到

EMI噪聲的影響也需要對放電電流加以一定限制,可用

R1來限制和調整放電電流的大小。加速柵極電容放電速

度,對于高頻應用的電路來講可以大幅降低關斷損耗,

對整機效率會產生較大影響。

 

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