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MOSFET驅(qū)動及工作區(qū)的問題分析

作者: 時間:2016-12-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  問題1:最近,我們公司的技術(shù)專家在調(diào)試中發(fā)現(xiàn),驅(qū)動電壓過高,會導(dǎo)致電路過載時,中電流過大,于是把降低了驅(qū)動電壓到6.5V,之前我們都是在12V左右。這種做法感覺和您在文章里第四部份似乎很相似,這樣做可行么?

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/341831.htm

  問題分析:

  系統(tǒng)短路的時候,功率相當(dāng)于工作在放大的線性區(qū),降低驅(qū)動電壓,可以降低跨導(dǎo)限制的最大電流,從而降低系統(tǒng)的短路電流,從短路保護的角度而言,確實有一定的效果。然后,降低驅(qū)動電壓,正常工作時候,RDSON會增大,系統(tǒng)效率會降低,MOSFET的溫度會升高,對于器件和系統(tǒng)的可靠性會產(chǎn)生問題。短路保護最好通過優(yōu)化短路保護電路的設(shè)計、減小保護的延時來調(diào)節(jié),不建議用降低驅(qū)動電壓方式來調(diào)節(jié)負載。

  如果是CPU控制的系統(tǒng),可以通過電流檢測,當(dāng)系統(tǒng)電流大于某個設(shè)定的異常值后,動態(tài)的減小驅(qū)動電壓,從而減小短路電流的沖擊,這種方法是可行的。當(dāng)系統(tǒng)的負載恢復(fù)到正常水平后,驅(qū)動電壓回到正常的電壓值,提高系統(tǒng)正常穩(wěn)態(tài)工作的效率,額外的代價就是要增加一個動態(tài)調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓的電路。

  問題2:反復(fù)看了回顧了一下文章《理解功率MOSFET的電流》,其中關(guān)于圖片中,可變電阻區(qū),放大區(qū)(飽和區(qū))的劃分有些不太理解。首先,圖中可變電阻區(qū)的電流ID與VDS成恒定線性關(guān)系,感覺Rdson應(yīng)該是恒定且極小的吧。其次,在恒流區(qū),ID被VGS限制,此時,VDS急劇升高,Rdson急速升高,此時的MOSFET從跨導(dǎo)的定義來說,由于ID不再增加,因此被定義為飽和區(qū),但為什么又叫做放大區(qū)呢?

  問題分析:

  (1)可變電阻區(qū)表明MOSFET在一定的VGS電壓下溝道已經(jīng)完全導(dǎo)通,此時MOSFET的導(dǎo)通壓降VDS由流過的電流ID與導(dǎo)通電阻的乘積來確定。為什么這個區(qū)被定義為可變電阻區(qū)呢?

  功率MOSFET數(shù)據(jù)表中定義的導(dǎo)通電阻都有一定的條件,特別是VGS,當(dāng)VGS不同時,溝道的飽和程度不同,因此不同的VGS對應(yīng)的導(dǎo)通電阻并不相同。從漏極導(dǎo)通特性的曲線可以看到:在這個區(qū)域,不同的VGS的曲線密集地排在一起,當(dāng)VGS變化的時候,電流保持不變,對應(yīng)的VDS壓降(電流和導(dǎo)通電阻的乘積)也跟隨著變化,也就是導(dǎo)通電阻在變化,可變電阻區(qū)由此而得名。

  在可變電阻區(qū),不同的VGS的曲線密集地排在一起,VGS變化的時候,導(dǎo)通壓降變化非常小,這也進一步表明:溝道的飽和程度變化非常小,即便如此,由于導(dǎo)通電阻本身非常小,因此溝道的飽和程度變化產(chǎn)生溝道電阻變化,對于整個導(dǎo)通電阻的占比的影響大,特別是VGS相差比較大的時候,對于導(dǎo)通電阻的影響非常明顯,如下圖所示。

  (2)恒流區(qū)被稱為飽和區(qū)、線性區(qū),當(dāng)VGS一定的時候,溝道對應(yīng)著一定的飽和程度,也對應(yīng)著跨導(dǎo)限制的最大電流。恒流區(qū)也被稱為放大區(qū),因為MOSFET也可以作為信號放大元件,可以工作在和三極管相類似的放大狀態(tài),MOSFET的恒流區(qū)就相當(dāng)于三極管的放大區(qū)。另外恒流區(qū)還可以稱為線性區(qū),這些名稱只是定義的角度不同,叫法不同。

  問題3:什么是功率MOSFET的放大區(qū),可否介紹一下?

  問題回復(fù):

  MOSFET線性工作區(qū)和三極管放大區(qū)工作原理一樣,如IB=1mA,電流放大倍數(shù)為100,IC=100mA。對于MOSFET,VTH=3V,VGS=4V,跨導(dǎo)為20,那么ID=20A,這是穩(wěn)定的放大區(qū),LDO、信號放大器、功放和恒流源(早期汽車的雨刷、門窗等電機控制電路)等應(yīng)用,使用MOSFET作為調(diào)整管,MOSFET就工作于穩(wěn)定放大區(qū)。

  開關(guān)電源等現(xiàn)代的高頻電力電子系統(tǒng),MOSFET工作于開關(guān)狀態(tài),相當(dāng)于在截止區(qū)和導(dǎo)變電阻區(qū)(完全導(dǎo)通)快速的切換,但是,在切換過程必須跨越放大區(qū),這樣電流、電壓有交錯,于是就產(chǎn)生了開關(guān)損耗,因此MOSFET在開關(guān)過程中,跨越放大區(qū)是產(chǎn)生開關(guān)損耗最根本原因。有些應(yīng)用如熱插撥、負載開關(guān)等,通過人為地增加放大區(qū)時間來控制回路浪涌電流,以后會專門介紹。

  問題4:PWM的供電電壓為5V,去驅(qū)動通用驅(qū)動電壓的功率MOSFET,有什么問題?

  問題分析:

  檢查數(shù)據(jù)表中不同的VGS的導(dǎo)通電阻,發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的導(dǎo)通電阻變大,因此功率MOSFET的損耗將增加,溫度升高,同時系統(tǒng)的效率降低。極端情況下在低溫的時候,一些VTH偏上限的器件可能不能正常開通。

 



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