一文解析功率MOSFET的驅(qū)動電感性負(fù)載

本應(yīng)用筆記介紹了采用表面貼裝封裝設(shè)計(jì)LITTLEFOOT?功率MOSFET的過程。它描述了功率MOSFET的驅(qū)動電感性負(fù)載，公共柵極驅(qū)動器以及磁盤驅(qū)動器應(yīng)用以及公共柵極級的驅(qū)動電容性負(fù)載。

Vishay Siliconix的LITTLE FOOT功率MOSFET將強(qiáng)大的功率處理能力封裝在纖巧的表面貼裝封裝中。標(biāo)準(zhǔn)概述的8引腳SOIC封裝（圖1）具有銅引線框架，可最大程度地提高熱傳遞，同時保持與現(xiàn)有表面貼裝技術(shù)的完全兼容性?；パa(bǔ)的n通道和p通道Si9942DY LITTLE FOOT器件可用于直接驅(qū)動電感性負(fù)載，例如電動機(jī)，螺線管和繼電器，或者用作低阻抗緩沖器來驅(qū)動較大功率的MOSFET或其他電容性負(fù)載。

小腳包裝尺寸

小腳設(shè)備在各種低壓電動機(jī)驅(qū)動應(yīng)用中提供了可測量的優(yōu)勢。在計(jì)算機(jī)硬盤中，諸如磁道密度，尋道時間和功耗之類的關(guān)鍵特征與主軸電機(jī)和磁頭致動器驅(qū)動電路的效率直接相關(guān)。磁盤驅(qū)動器必須從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的低壓電源（傳統(tǒng)上，穩(wěn)壓良好的12 V電源）中獲取最大的電動機(jī)性能。復(fù)雜的全功能便攜式計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)帶來了電池驅(qū)動系統(tǒng)（和5V操作）的新性能期望。

Si9942DY還可以在功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中用作緩沖級，以在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中使用的高頻下驅(qū)動高電容功率MOSFET柵極。例如，通過使用Si9942DY來緩沖高效CMOS PWM控制器的輸出，可以以大于1 MHz的速率有效地切換超過3000 pF的電容負(fù)載。這種開關(guān)能力極大地擴(kuò)展了CMOS開關(guān)模式IC的輸出功率范圍。

驅(qū)動感性負(fù)載

當(dāng)使用功率MOSFET驅(qū)動感性負(fù)載時，否則可能會引起次要關(guān)注的幾個參數(shù)變得非常重要。感性負(fù)載的一個特征是反激能量。當(dāng)電感器驅(qū)動電流中斷時，除非使用二極管鉗位電壓并使感性反激電流續(xù)流，否則會導(dǎo)致?lián)p壞的反激電壓。每個功率MOSFET都包含一個快速恢復(fù)的本征二極管，可用作感應(yīng)反激能量的可靠而有效的鉗位。在使用MOSFET反向特性時特別重要的是其固有的二極管規(guī)格-V SD（反向源極-漏極電壓，即二極管正向壓降）和t rr（反向恢復(fù)時間）。

通過二極管鉗位環(huán)流的反激電流等于電動機(jī)電流，該電流在電動機(jī)加速或制動期間達(dá)到其最大水平。盡管鉗位二極管中的功率損耗（V SD乘以再循環(huán)電流）僅占占空比的一小部分，但如果正向壓降過大，則可能對MOSFET的整體發(fā)熱做出重大貢獻(xiàn)。在MOSFET的最大（連續(xù)）正向漏極電流額定值下，每個半橋的n溝道和p溝道器件都規(guī)定了最大正向壓降1.6V。

鉗位感應(yīng)反激能量

當(dāng)驅(qū)動器在同一路徑中重新啟用時，盡管反激電流仍在相對的鉗位二極管中循環(huán)，但必須在二極管恢復(fù)并阻止電壓之前進(jìn)行重新組合（圖2）。

鉗位感應(yīng)反激能量

通用門驅(qū)動

同時導(dǎo)通的常見原因是將p溝道和n溝道柵極連接在一起并從公共邏輯信號驅(qū)動它們。盡管這對于電容性負(fù)載或較低電壓系統(tǒng)可能是完全可接受的柵極驅(qū)動方法，但當(dāng)以跨接橋的方式驅(qū)動12 V的電感性負(fù)載時，可能會導(dǎo)致過大的交叉電流。如果柵極被共同驅(qū)動，則將得到正確的輸出狀態(tài)。但是，這樣做的代價是，當(dāng)公共柵極電壓在大約2 V（n通道閾值電壓）和8 V（12 V減去p通道閾值電壓）之間轉(zhuǎn)換時，由于兩個器件都部分導(dǎo)通而引起的電流尖峰的代價）。

磁盤驅(qū)動器應(yīng)用

將雙MOSFET與p溝道和n溝道器件配合使用，可以使用最簡單的柵極驅(qū)動電路，因?yàn)閮蓚€柵極都可以接地或12 V電源。通常用于驅(qū)動主軸電機(jī)（圖3）或磁頭致動器（圖4）各相的半橋直接由由相同12 V電源供電的標(biāo)準(zhǔn)CMOSlogic器件的輸出直接驅(qū)動。盡管CMOS邏輯器件的相對較高的輸出阻抗不會足夠硬地驅(qū)動半橋的電容性柵極以達(dá)到最大開關(guān)速度，但這種組合將提供足夠快的轉(zhuǎn)換速率，從而導(dǎo)致可容忍的開關(guān)損耗。用較低阻抗的驅(qū)動器驅(qū)動功率MOSFET柵極將導(dǎo)致更快的過渡速率并進(jìn)一步減少開關(guān)損耗。然而，設(shè)計(jì)人員通常被迫在開關(guān)損耗和增加的EMI / RFI之間取得平衡。在旋轉(zhuǎn)磁盤驅(qū)動器存儲器中，這尤其值得關(guān)注。

12V，三相永磁無刷電動機(jī)驅(qū)動器

12V H橋執(zhí)行器驅(qū)動器

潛水電容負(fù)載

高效CMOS器件是功率MOSFET低損耗功率處理能力的自然補(bǔ)充。但是，CMOS輸出具有相對較高的阻抗，而功率MOSFET柵極具有較高的電容性。如果需要高頻，則必須使用某種類型的柵極驅(qū)動緩沖器。Si9942DY在此應(yīng)用中將作為CMOS器件的非常低阻抗的互補(bǔ)輸出級完美運(yùn)行。柵極電容很容易由標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出驅(qū)動，而單級互補(bǔ)對則增加了最小的延遲。

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