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干貨總結!輕松掌握大小功率MOS管

來源:立深鑫電子????????發布時間:11-23????????點擊:
摘要 : MOS管相比于三極管,開關速度快,導通電壓低,電壓驅動簡單,所以越來越受工程師的喜歡,然而,若不當設計,哪怕是小功率MOS管,也會導致芯片燒壞,原本想著更簡單的,最后變得更加復雜。這幾年來一直做高頻電源設計,也涉及嵌入式開發,對大小功率MOS管。
MOS管相比于三極管,開關速度快,導通電壓低,電壓驅動簡單,所以越來越受工程師的喜歡,然而,若不當設計,哪怕是小功率MOS管,也會導致芯片燒壞,原本想著更簡單的,最后變得更加復雜。這幾年來一直做高頻電源設計,也涉及嵌入式開發,對大小功率MOS管,都有一定的理解,所以把心中理解的經驗總結一番,形成理論模型。MOS管等效電路及應用電路如下圖所示:

MOS管
小功率MOS管---原理圖

把MOS管的微觀模型疊加起來,就如下圖所示:

MOS管
小功率MOS管--原理圖

我們知道,MOS管的輸入與輸出是相位相反,恰好180度,也就是等效于一個反相器,也可以理解為一個反相工作的運放,如下圖:

MOS管
小功率MOS管--原理圖

有了以上模型,就好辦了,尤其從運放這張圖中,可以一眼看出,這就是一個反相積分電路,當輸入電阻較大時,開關速度比較緩慢,Cgd這顆積分電容影響不明顯,但是當開關速度比較高,而且VDD供電電壓比較高,比如310V下,通過Cgd的電流比較大,強的積分很容易引起振蕩,這個振蕩叫米勒振蕩。所以Cgd也叫米勒電容,而在MOS管開關導通或者關斷的那段時間,也就是積分那段時間,叫米勒平臺,如下圖圓圈中的那部分為米勒平臺,右邊的是振蕩嚴重的米勒振蕩:

MOS管
小功率MOS管--原理圖

MOS管
小功率MOS管--測試圖
 
因為MOS管的反饋引入了電容,當這個電容足夠大,并且前段信號變化快,后端供電電壓高,三者結合起來,就會引起積分過充振蕩,這個等價于溫控的PID中的I模型,要想解決解決這個米勒振蕩,在頻率和電壓不變的情況下,一般可以提高MOS管的驅動電阻,減緩開關的邊沿速度,其次比較有效的方式是增加Cgs電容。在條件允許的情況下,可以在Cds之間并上低內阻抗沖擊的小電容,或者用RC電路來做吸收電路。下圖給出我常用的三顆大功率MOS管的電容值:LCR電橋直接測量

MOS管

從圖上可以看出,Inifineon6代MOS管和APT7代MOS管性能遠遠不如碳化硅性能,它的各個指標都很小,當米勒振蕩通過其他手段無法降低時,可以考慮更換更小的米勒電容MOS管,尤其需要重視Cgd要盡可能的小于Cgs。
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