电机-MOS管驱动电路详解

分享到:

MOS管,又叫绝缘栅型场效应管,属于电压控制电流型元件,是开关电路中的基本元件。其特点是栅极(G)的内阻极高。场效应管分为P型和N型,P型场效应管由于跨导小、阈值电压高等原因,已经逐渐被NMOS所取代。

同时,我们知道,MOS管还分为耗尽型和增强型,在实际工程中。我们使用的只有增强型P/NMOS,因为我们肯定不希望一开始就有一个漏极电流。

罗姆 ROHM 驱动器

罗姆 ROHM 驱动器

 寄生二极管

由于mos管本身的结构,使得源极和漏极之间会存在一个寄生二极管,其方向的判断方法是,NMOS从源极指向漏极,PMOS反之。寄生二极管能够防止VDD过大时击穿MOS管(寄生二极管会率先击穿从而把大电压短路到地),也可以防止DS反接。(如上图)

GS寄生电容,并联电容和并联电阻

罗姆 ROHM 驱动器

寄生电容:mos真正模型中,各个极之间都存在寄生电容,但是我们最关心的莫过于GS之间的寄生电容Cgs,它会**影响开关速度**。我们可以轻易地想到,瞬时电流越大,我们就能越快地充满Cgs,也就能越快地打开mos管。

并联电容C1:①电容的增加使得开启时间变长,增加了开通损耗。原因:电容缓慢充电,所以开得慢。

②电容的增加,使得门极电压的高频震荡减少。同时,由于米勒平台的振荡减小,MOSFET在米勒平台期间的损耗也会相应减小。

罗姆 ROHM 驱动器

“这个我知道,该电容在H桥低侧的MOS上能起到作用。是因为大功率情况下,高端MOS开启的时候,下管G极信号虽然是关断的,但是由于DG之间电容的作用,会耦合进来一个比较小的尖峰信号,当幅值超过比如5V后,就会将该MOS误开启,时间够长的话,将会导致MOS烧毁,桥臂直通。 加上这个GS之间的电容后,由于相对于DG之间的寄生电容,值较大,所以很难在G极再形成可观的误开启信号了,使得电路稳定性增强。 但是同时导致MOS充电变慢,对充电电流要求更高了,所以需要综合权衡。”

并联电阻R1:由于Cgs的存在,少量的静电就可以在GS之间产生巨大的电压,这个电压是非常具有破坏性的,这时候通过Rgs就可以把上面的电荷放掉,保护管子。同时它也提供偏置电压。

因为MOS管栅极高输入阻抗的特性(对于电压驱动的电路,输入阻抗越大,则对电压源的负载就越轻,因而就越容易驱动,也不会对信号源有影响),一点点静电或者干扰都可能导致MOS管误导通,所以建议在MOS管G极和S极之间并联一个10K的电阻以降低输入阻抗,防止误导通。

栅极电阻/阻尼电阻

罗姆 ROHM 驱动器

1.消除栅极振荡。因为驱动的走线会有很强的寄生电感(电磁感应),加之之前说过,GS之间有一个寄生电容,整体呈现容性,所以他们会形成一个LC谐振电路,在外部激励信号的影响下发生严重的震荡,我们串联一个电阻可以降低其Q值,使之迅速衰减。

2.转移驱动器的功率损耗。电容和电感只会存储能量而不会消耗能量,如果不串接一个电阻,那么驱动器的功率大部分会消耗在其内部,使其温度上升很多,而无法传达到开关管上。

3.调节功率开关管的开关速度。如果栅极电阻太大,那么开关速度会显著降低,这显然不是我们想要的。但是如果栅极电阻太小,那么高开关速度带来的是很大的电流电压变化率,也就意味着强烈的干扰,因此必须统筹兼顾。

接1:寄生电容Cgs和寄生电感相互作用会产生一个高频振荡信号,如下图:(Vgs波形)

罗姆 ROHM 驱动器

那么如何计算这个电阻值呢?

Ciss可以由参数表得到,f由开启关断时间计算

栅极二极管

罗姆 ROHM 驱动器

调整这个可以调节MOS管的打开和关断的速度。

上二极管在脉冲下降沿时起到对栅极放电的作用,使场效应管能快速截止,减少功耗。

下二极管的作用是避免上桥快速开通时下桥的栅极电压耦合上升(Cdv/dt)而导致上下桥穿通的现象。

接地电容

罗姆 ROHM 驱动器

主要是系统中提供瞬间电荷,抑制电流纹波和电压尖峰(寄生电感导致的)

因为低值电容器可以快速提供一些电荷,而高值电容器可以提供大量电荷,随时间充电,有助于减少系统中的电压振铃和电压尖峰

从漏极到源极的电容

罗姆 ROHM 驱动器

选择约0.01uF-1uF的值,并将其尽可能靠近FET,以确保正确工作

由于采样电阻的布局,可能GND会引入寄生电感,导致不良接地,去耦电容就无法稳定的提供电荷,而这个电容就可以解决这个问题,直接连接到BAT+,和低压侧节点,采用交流接地的概念。

自举升压电路/自举储能电容

罗姆 ROHM 驱动器

电解电容和二极管构成自举升压电路

作用:抬高G点电位,保持MOS管导通

电容器在高压侧开关驱动器上形成浮动电源,在需要开通高压侧开关管时给开关管供给驱动能量或驱动功率。

那么如何计算这个电容呢?

罗姆 ROHM 驱动器

这里,Qg是我们驱动浮动MOSFET或高边MOSFET的门极总电荷量;△U是电容两端电压的变化量,我们知道这个电压越稳定,意味着驱动电压越稳定,保持一定的驱动电压意味着如MOSFET在稳定的饱和区,功率损耗越小。

常规情况下,在电容已经被充电稳定的情况下,保持电容电压的变化或波动量在100mV到300mV是我们能够接受的,这个值也就就是电容电压的纹波大小。假如门极电荷量是10nC(驱动电压是10V的情况下),我们要求驱动过程中,自举电容的电压变化量最大是100mV,那么自举电容则为:

罗姆 ROHM 驱动器

实际中,这个电容我们通常要求采用低ESR的陶瓷电容,以便提供高质量的驱动能量,而大小则需要取值为计算值的3至5倍,这是因为电容本身会存在一定的偏差,陶瓷电容在直流偏置下容量衰减的比较厉害,即使你只使用它额定电压的50%或更低,尤其是非C0G材质的陶瓷电容。

而我们常用的小功率DC-DC更是会给出一个典型的自举电容,比如100nF或10nF,这个值往往都是大于计算值的,我们采用推荐值,因为这些DC-DC的MOSFET内置,多数情况下,我们无法得知这个MOSFET的特性,所以采用它们给的推荐值。

 

更多详情请查看:罗姆显示用驱动器

 

继续阅读
瞬态电压抑制二极管(TVS)概述与展望

由于瞬态电压和浪涌对电子电路的高危险性,所以为保证电子线路和精密器件的可靠性, 必须对瞬态电压和浪涌进行抑制。 瞬态电压抑制二极管(TVS)由于具有响应速度快、吸收功耗大、漏电流小、钳位电压稳定等优点,成为目前国际上普遍使用的一种二极管形式的高效瞬态电压保护器件。本文介绍了TVS 的工作机制和主要参数以及 TVS 的制备工艺和主要结构,同时对TVS发展趋势进行了展望。

智能驾驶技术及其发展趋势

新能源汽车作为新时期汽车工业创新发展的重点方向,受到国家和社会的高度关注,同时与之配套的智能驾驶技术在当今物联网、数字化、信息化时代也取得了相应的发展和变革。传感器作为智能汽车的“眼睛”,在智能驾驶中占据关键一环。通过传感器实现车况感知是实现智能驾驶的第一步,也是汽车智能化浪潮中最先受益的增量领域。本文对新能源汽车基础传感器技术与发展趋势进行了大致介绍。

三种3D视觉传感技术详解

在当前的视觉系统中,3D 立体成像成为研究热点,无需配戴立体眼镜就能观看立体图像成为视觉系统的发展方向。3D 图像信息的获取都是基于某种图像传感器获取、量化图像信息,这些图像传感器有直接获取可见光的图像,也有间接通过检测辐射、红外线、X 射线、或者超声波来获取图像信息。不同的传感器技术有不同的分辨率、精度和噪声,下文将对其中的三种技术——双目立体视觉法、结构光法以及飞行时间法作详细介绍。

热敏打印机的技术原理及热敏打印头的设计

目前热敏打印机已在 POS 终端系统、银行系统、医疗仪器等领域得到广泛应用。本文主要对热敏打印机的技术原理、所用材料、热敏打印头的设计进行分析介绍。

射频功率放大器的原理与信号分析

射频功率放大器(PA),一般位于发射链路上,可以说是我们射频系统中的正反馈系统。由于考虑无线传输的链路衰减,发射端需要辐射足够大的功率才能获得比较远的通信距离。因此,射频放大器主要负责将功率放大到足够大后馈送到天线上辐射出去,是通信系统中的核心器件。本文将主要讲其工作原理与信号分析。