MOS管保護(hù)電路圖及MOS管防反接安全措施詳解-技術(shù)經(jīng)驗(yàn)-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2019-08-15
功率MOS管自身?yè)碛斜姸鄡?yōu)點(diǎn),但是MOS管具有較脆弱的承受短時(shí)過(guò)載能力,特別是在高頻的應(yīng)用場(chǎng)合,所以在應(yīng)用功率MOS管對(duì)必須為其設(shè)計(jì)合理的保護(hù)電路來(lái)提高器件的可靠性。
功率MOS管保護(hù)電路主要有以下幾個(gè)方面:
由于采用驅(qū)動(dòng)芯片,其輸出阻抗較低,直接驅(qū)動(dòng)功率管會(huì)引起驅(qū)動(dòng)的功率管快速的開(kāi)通和關(guān)斷,有可能造成功率管漏源極間的電壓震蕩,或者有可能造成功率管遭受過(guò)高的di/dt而引起誤導(dǎo)通。為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生,通常在MOS驅(qū)動(dòng)器的輸出與MOS管的柵極之間串聯(lián)一個(gè)電阻,電阻的大小一般選取幾十歐姆。
由于柵極與源極的阻抗很高,漏極與源極間的電壓突變會(huì)通過(guò)極間電容耦合到柵極而產(chǎn)生相當(dāng)高的柵源尖峰電壓,此電壓會(huì)使很薄的柵源氧化層擊穿,同時(shí)柵極很容易積累電荷也會(huì)使柵源氧化層擊穿,所以要在MOS管柵極并聯(lián)穩(wěn)壓管以限制柵極電壓在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值以下,保護(hù)MOS管不被擊穿,MOS管柵極并聯(lián)電阻是為了釋放柵極電荷,不讓電荷積累。
雖然漏源擊穿電壓VDS一般都很大,但如果漏源極不加保護(hù)電路,同樣有可能因?yàn)槠骷_(kāi)關(guān)瞬間電流的突變而產(chǎn)生漏極尖峰電壓,進(jìn)而損壞MOS管,功率管開(kāi)關(guān)速度越快,產(chǎn)生的過(guò)電壓也就越高。為了防止器件損壞,通常采用齊納二極管鉗位和RC緩沖電路等保護(hù)措施。
當(dāng)電流過(guò)大或者發(fā)生短路時(shí),功率MOS管漏極與源極之間的電流會(huì)迅速增加并超過(guò)額定值,必須在過(guò)流極限值所規(guī)定的時(shí)間內(nèi)關(guān)斷功率MOS管,否則器件將被燒壞,因此在主回路增加電流采樣保護(hù)電路,當(dāng)電流到達(dá)一定值,通過(guò)保護(hù)電路關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路來(lái)保護(hù)MOS管。圖1是MOS管的保護(hù)電路,由此可以清楚的看出保護(hù)電路的功能。
1.通常情況下直流電源輸入防反接保護(hù)電路是運(yùn)用二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)完結(jié)防反接保護(hù)。如下圖1示:
這種接法簡(jiǎn)略可靠,但當(dāng)輸入大電流的情況下功耗影響是非常大的。以輸入電流額定值抵達(dá)2A,如選用Onsemi的快速恢復(fù)二極管 MUR3020PT,額定管壓降為0.7V,那么功耗至少也要抵達(dá):Pd=2A×0.7V=1.4W,這樣功率低,發(fā)熱量大,要加散熱器。
2.其他還可以用二極管橋?qū)斎胱稣?,這樣電路就永久有正確的極性(圖2)。這些方案的缺點(diǎn)是,二極管上的壓降會(huì)消耗能量。輸入電流為2A時(shí),圖1中的電路功耗為1.4W,圖2中電路的功耗為2.8W。
圖1 一只串聯(lián)二極管保護(hù)系統(tǒng)不受反向極性影響,二極管有0.7V的壓降
圖2 是一個(gè)橋式整流器,不論什么極性都可以正常作業(yè),但是有兩個(gè)二極管導(dǎo)通,功耗是圖1的兩倍。
MOS管防反接,好處就是壓降小,小到幾乎可以忽略不計(jì)?,F(xiàn)在的MOS管可以做到幾個(gè)毫歐的內(nèi)阻,假設(shè)是6.5毫歐,通過(guò)的電流為1A(這個(gè)電流已經(jīng)很大了),在他上面的壓降只有6.5毫伏。
由于MOS管越來(lái)越便宜,所以人們逐漸開(kāi)始使用MOS管防電源反接了。
正確連接時(shí):剛上電,MOS管的寄生二極管導(dǎo)通,所以S的電位大概就是0.6V,而G極的電位,是VBAT,VBAT-0.6V大于UGS的閥值開(kāi)啟電壓,MOS管的DS就會(huì)導(dǎo)通,由于內(nèi)阻很小,所以就把寄生二極管短路了,壓降幾乎為0。
電源接反時(shí):UGS=0,MOS管不會(huì)導(dǎo)通,和負(fù)載的回路就是斷的,從而保證電路安全。
正確連接時(shí):剛上電,MOS管的寄生二極管導(dǎo)通,電源與負(fù)載形成回路,所以S極電位就是VBAT-0.6V,而G極電位是0V,PMOS管導(dǎo)通,從D流向S的電流把二極管短路。
電源接反時(shí):G極是高電平,PMOS管不導(dǎo)通。保護(hù)電路安全。
連接技巧
NMOS管DS串到負(fù)極,PMOS管DS串到正極,讓寄生二極管方向朝向正確連接的電流方向。
感覺(jué)DS流向是“反”的?
仔細(xì)的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn),防反接電路中,DS的電流流向,和我們平時(shí)使用的電流方向是反的。
為什么要接成反的?
利用寄生二極管的導(dǎo)通作用,在剛上電時(shí),使得UGS滿(mǎn)足閥值要求。
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