基于MOSFET外部布局优化的驱动电路-KIA MOS管
信息来历：本站 日期：2022-01-17
凡是在现实的设想进程中，电子工程师对其的驱动电路和驱动电路的参数调剂并不是非常存眷，特别是从来不基于MOSFET外部的微观布局去斟酌驱动电路的设想，致使在现实的利用中，MOSFET发生必然的生效力。本文将会商这些细节的题目，从而优化MOSFET的驱动机能，进步全部体系的靠得住性。
凡是从外部来看，MOSFET是一个自力的器件，现实上，在其外部，由良多个单位（小的MOSFET）并联构成，图1（a）为AOT460外部显微布局图，其外部的栅极等效模子如图1（b）所示。MOSFET的布局肯定了其栅极电路为RC收集。
图1：AOT460显微布局图及栅极等效模子
在MOSFET关断进程中，MOSFET的栅极电压VGS降落，从其等效模子能够得出，在晶元边缘的单位起首到达栅极关断电压VTH而先关断，中间的单位因为RC收集的提早感化而滞后到达栅极关断电压VTH尔后关断。
图2：MOSFET关断时的电流散布
若是MOSFET所加的负载为理性负载，因为电感电流不能渐变，致使流过MOSFET的电流向晶元的中间活动，如图2所示。如许就会形成MOSFET局部单位过热而致使MOSFET局部单位破坏。
若是加速MOSFET的关断速率，以尽可能让MOSFET疾速关断，不让能量发生会聚点，如许就不会因局部单位过热而破坏MOSFET。
注重到：MOSFET的关断进程是一个由稳态向非稳态过渡的进程，与此相反，MOSFET在守旧时，因为负载的电流是跟着单位的逐步守旧而不时增添的，是以是一个向稳态过渡的进程，不会呈现关断时发生的能量会聚点。
是以，MOSFET在关断时应供给充足的放电电流让其疾速关断，如许做不只是为了进步开关速率而下降开关消耗，同时也是为了让非稳态进程尽可能短，不至发生局部过热点。
图3：MOSFET的转移特征
图3为MOSFET处于饱和区时漏极电流ID与栅极电压VGS的干系曲线即转移特征，用公式可表现为：
此中，
对特定的MOSFET，K为常数。是以，MOSFET处于饱和状况时ID与VGS是平方的干系。
由图3可知，当MOSFET处于饱和区并且ID=ID0时，ID随温度的变更是负温度系数。因为MOSFET是由良多的小的单位构成。
图4是电动车节制器的两种驱动MOSFET管AOT460驱动电路，分立器件驱动时，PWM在上桥臂，间接用MC33035驱动时，PWM鄙人桥臂。
图4：AOT460驱动电路
图4（a）当MOSFET管AOT460关断时，栅极经由过程Q5间接放电。图4（b）驱动电路中，当MOSFET管AOT460关断时，栅极电流经由过程电阻R6和MC33035的下驱动对地放电。
因为MOSFET管AOT460在关断时电流敏捷减小，会在PCB和电流检测电阻的寄生电感上发生感到电势，感到电势的巨细为Ldi/dt，标的目的如图红线所示。
如许会使MOSFET管AOT460的源极和MC33035驱动的参考电位发生绝对变更，这类变更下降了MC33035绝对MOSFET管AOT460源极的驱动电压，从而下降了驱动才能，使关断速率变慢。
两种电路的关断波形如图5所示。在图5（b）中，当VGS低于米勒平台以后，电阻R6两头的电压，即图5（b）中CH1和CH3的电位差变小，因为反电势的影响，驱动线路已几近不能经由过程电阻R6给栅极供给放电电流，致使MOSFET的关断变慢。（注：测试波形时探头的地线均夹在MOSFET的源极）
图5：AOT460驱动波形
图6：AOT460疾速和慢速开关热成像图
图6为AOT460在统一利用中疾速开关和慢速开关环境下的热成像照片。能够看出，在慢速开关环境下MOSFET的局部温度要高于疾速开关环境下的温度，过慢的开关速率会致使MOSFET因局部温度太高而提早生效。
小结
①过慢的开关速率增添MOSFET的开关消耗，同时因为栅极RC收集提早和MOSFET自身的热不不变性发生局部过热，使MOSFET提早生效。
②过快的守旧速率发生较大守旧的浪涌电流和开关振铃及电压尖峰。
③设想驱动线路和ＰＣＢ布线时，减小主回路ＰＣＢ和电流检测电阻的寄生电感对开关波形的影响，布线时应使大电流环路尽可能小并且利用较宽的走线。
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