談及MOSFET的工作原理,比如其開(kāi)關(guān)過(guò)程,甚至在好幾次談及IGBT也經(jīng)常提到一個(gè)詞:驅(qū)動(dòng)振蕩。
今天我們主要來(lái)講的是MOSFET的柵源振蕩,是不是有些熟悉?沒(méi)錯(cuò),前天發(fā)表的MOSFET柵極前加一個(gè)電阻,就與它相關(guān)。
在MOSFET實(shí)際應(yīng)用中,柵極振蕩會(huì)引起器件的故障和電路異常失效。嚴(yán)重時(shí)會(huì)呈現(xiàn)三種狀態(tài),可能是徹底導(dǎo)通或者徹底關(guān)斷,也可能是進(jìn)入高阻導(dǎo)通,進(jìn)而發(fā)熱嚴(yán)重然后燒毀。

那MOSFET的柵源振蕩究竟是怎么來(lái)的呢?
先簡(jiǎn)單拿上次講的“串聯(lián)電阻”來(lái)說(shuō)明:
在驅(qū)動(dòng)電路中增加一個(gè)串聯(lián)電阻,當(dāng)R<√(L/C)時(shí),為欠阻尼狀態(tài)時(shí),振蕩就一定會(huì)發(fā)生。
如下圖

關(guān)于阻尼比,下面會(huì)詳細(xì)提到。
然而,振蕩電路產(chǎn)生的條件還有幾種,詳細(xì)如下:
反饋電路
a.相位條件
從輸出到輸入的反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在振蕩頻率上同相(正反饋)。
b.振幅條件
當(dāng)電路具有正反饋并提供補(bǔ)償損耗的增益時(shí),就會(huì)發(fā)生振蕩。
1.漏源極之間的浪涌電壓
2.MOSFET關(guān)斷期間,漏極和源極之間的振鈴電壓,有返回到柵極的可能性。通過(guò)柵漏極電容Cgd的正反饋環(huán)路連接到柵極端,導(dǎo)致了柵極電壓振蕩。
3 源電感
功率MOSFET具有較大的跨導(dǎo)gm和寄生電容。因此,導(dǎo)線(xiàn)和其他雜散電感(柵極,源極和漏極電路之間以及相關(guān)互連中的電感)可能會(huì)形成正反饋電路,從而導(dǎo)致寄生振蕩。
那么,柵源振蕩的危害什么?大概有以下幾個(gè)方面:
導(dǎo)致EMI裕量不足
動(dòng)態(tài)負(fù)載切換振蕩嚴(yán)重導(dǎo)致器件失效
如何抑制或緩解柵源振蕩的現(xiàn)象呢?
1. 調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路阻尼比,公式如下:

阻尼比的情況一般有四種:
驅(qū)動(dòng)電路的阻尼比ζ=0,稱(chēng)無(wú)阻尼,系統(tǒng)無(wú)窮震蕩,且不收斂;
ζ<1 稱(chēng)為欠阻尼:ζ由0約接近1,收斂越快。意味著系統(tǒng)存在超調(diào)且有震蕩,
ζ>1稱(chēng)為過(guò)阻尼,意味著系統(tǒng)不超調(diào);
ζ=1稱(chēng)為臨界阻尼,意味著系統(tǒng)不超調(diào),且以最短時(shí)間恢復(fù)平衡狀態(tài)或者穩(wěn)定狀態(tài)。
注意:臨界電阻值是10Ω. L寄生電感越大,臨界電阻值越大
2. 適當(dāng)提高M(jìn)OSFET內(nèi)部寄生電阻,降低器件最高開(kāi)關(guān)速度,并改善抑制柵極振蕩。
3. 適當(dāng)提高器件閾值電壓,可以緩解半橋或者全橋拓?fù)渲猩舷聵虮壑蓖ǜ怕省?/div>
4. 考慮減小pcb引線(xiàn)電感,即增加走線(xiàn)寬度或減小走線(xiàn)長(zhǎng)度。
注意:在電感無(wú)法減小的時(shí)候,可以采用增加一顆外部小電阻,這是增加電阻有削弱驅(qū)動(dòng)電流的作用。
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