圖文并茂告訴你MOSFET的驅(qū)動技術(shù)有哪些？

MOSFET簡介

MOSFET的全稱為：metal oxide semiconductor field-effect transistor，中文通常稱之為，金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管。

MOSFET最早出現(xiàn)在大概上世紀(jì)60年代，首先出現(xiàn)在模擬電路的應(yīng)用。

功率MOSFET在上世紀(jì)80年代開始興起，在如今電力電子功率器件中，無疑成為了最重要的主角器件。

MOSFET的簡單模型

MOSFET的一些主要參數(shù)

耐壓：通常所說的VDS，或者說是擊穿電壓。那么一般MOS廠家是如何來定義這個(gè)參數(shù)的呢？

上面這個(gè)例子顯示，當(dāng)驅(qū)動電壓為0，Vds達(dá)到200V的時(shí)候，Id這個(gè)電流達(dá)到了250uA，這個(gè)時(shí)候認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到擊穿電壓。

不同的廠家對此定義略有不同，但是基本上來說，當(dāng)電壓超過擊穿電壓，MOS的漏電流就會急劇上升。

導(dǎo)通電阻：MOSFET在導(dǎo)通之后，其特性可以近似認(rèn)為是一個(gè)電阻

上面這個(gè)例子表示，在驅(qū)動電壓為10V的時(shí)候，導(dǎo)通電阻為0.18歐姆。

導(dǎo)通電阻的溫度關(guān)系：MOS的導(dǎo)通電阻隨溫度上升而上升，下圖顯示該MOS的導(dǎo)通電阻在結(jié)溫為140度的時(shí)候，為20度時(shí)候的2倍。

導(dǎo)通閥值電壓：就是當(dāng)驅(qū)動電壓到達(dá)該值之后，可認(rèn)為MOS已經(jīng)開通。
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上面這個(gè)例子，可以看到當(dāng)Vgs達(dá)到2-4V的時(shí)候，MOS電流就上升到250uA。這時(shí)候可認(rèn)為MOS已經(jīng)開始開通。

驅(qū)動電壓和導(dǎo)通電阻，最大導(dǎo)通電流之間的關(guān)系。

從下圖可以看到，驅(qū)動電壓越高，實(shí)際上導(dǎo)通電阻越小，而且最大導(dǎo)通電流也越大。

導(dǎo)通閥值電壓隨溫度上升而下降

MOSFET的寄生二極管

寄生二極管比較重要的特性，就是反向恢復(fù)特性。這個(gè)在ZVS，同步整流等應(yīng)用中顯得尤為重要。

MOSFET的寄生電容：

這三個(gè)電容的定義如下：

MOS的寄生電容都是非線性電容，其容值和加在上面的電壓有關(guān)。所以一般的MOS廠家還會用另外一個(gè)參數(shù)來描述這個(gè)特性：

MOSFET的驅(qū)動技術(shù)

MOS雖然是電壓型驅(qū)動，但是由于寄生電容的存在，必須要求驅(qū)動電路提供一定的驅(qū)動電流。

較小的驅(qū)動電流，會導(dǎo)致MOS的GS電壓上升緩慢，降低了開關(guān)速度，提高了開關(guān)損耗。

米勒電容Cgd：

米勒電容雖然看起來很小，但是對驅(qū)動的影響很大，特別在VDS比較高的場合。但是在ZVS和同步整流等應(yīng)用中，由于VDS會在驅(qū)動上來之前，下降到零，就不存在這個(gè)問題。

上面的例子定義驅(qū)動能力為峰值電流（在特定條件下）

有些廠商就用內(nèi)阻來定義驅(qū)動能力。

當(dāng)IC本身的驅(qū)動能力不足的時(shí)候，就需要外加驅(qū)動電路來增強(qiáng)驅(qū)動能力，以達(dá)到快速開關(guān)MOS的需求。

1.采用分立器件，比如圖騰柱。

2.采用集成的驅(qū)動IC。

MOSFET的低端（low side）驅(qū)動：所謂低端驅(qū)動，就是驅(qū)動電路的參考地，就是MOS的S端。

低端驅(qū)動，電路往往比較簡單，除了驅(qū)動能力之外，還是需要注意一些細(xì)節(jié)。

MOSFET的高端（High Side)驅(qū)動。

很多情況下，MOSFET的S極并不是IC的參考地，比如BUCK開關(guān)管，橋式電路的上管……

自舉驅(qū)動，利用自舉電路，自動抬升供電電壓。自舉的驅(qū)動芯片種類很多，但是需要注意其耐壓。

對于二極管整流的buck，自舉驅(qū)動需要注意的問題。

利用變壓器隔離驅(qū)動：對于浮地的MOS，或者和IC隔離的MOS，通?？梢圆捎米儔浩鞲綦x驅(qū)動。

變壓器隔離驅(qū)動的關(guān)鍵：變壓器隔離驅(qū)動關(guān)鍵考慮的問題，就是變壓器的復(fù)位，比較常用是利用隔直電容來復(fù)位，但是需要注意的是，采用隔直電容之后，有可能變壓器傳遞的電壓幅度和占空比有關(guān)。需要考慮變壓器的變比。

對于跨初次級的驅(qū)動變壓器，還需要考慮其耐壓的問題。

利用簡單倍壓電路來抬升驅(qū)動電壓。

下圖的驅(qū)動電路，可以傳遞大占空比的驅(qū)動信號，而且可以讓驅(qū)動電壓不下降。

隔直電容帶來的問題：由于隔直電容會儲存能量，所以在驅(qū)動消失之后，隔直電容會和變壓器產(chǎn)生諧振，導(dǎo)致驅(qū)動電路傳遞錯(cuò)誤的驅(qū)動信號。

為了降低這個(gè)問題的影響，可以利用這些電阻來阻尼這個(gè)震蕩。

對具有隔直電容的驅(qū)動電路，有些IC會植入soft stop的功能：在關(guān)機(jī)時(shí)候，讓驅(qū)動的占空比逐漸降低到0。

為了避免這個(gè)隔直電容帶來的問題，可以采用無電容的變壓器驅(qū)動電路。

如果用IC直接驅(qū)動變壓器，那么需要注意：

同步整流驅(qū)動，需要注意邏輯的問題。

同步整流2個(gè)管子的驅(qū)動關(guān)系為互補(bǔ)，但是當(dāng)主管長時(shí)間關(guān)斷的時(shí)候，整流管就會出現(xiàn)長時(shí)間導(dǎo)通的情況。

所以在關(guān)機(jī)的時(shí)候，不能簡單地把主管驅(qū)動信號置低，而要同時(shí)把整流管的驅(qū)動信號也置低。

MOS的并聯(lián)驅(qū)動，并聯(lián)驅(qū)動要盡量保證每個(gè)管子的驅(qū)動線對稱。

審核編輯：湯梓紅