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常用的MOSFET柵極電路及作用圖文分享-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2022-04-02 

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常用的MOSFET柵極電路及作用圖文分享-KIA MOS管


MOSFET是一種常見的電壓型控制器件,具有開關(guān)速度快、高頻性能、輸入阻抗高、噪聲小、驅(qū)動功率小、動態(tài)范圍大、安全工作區(qū)域(SOA)寬等一系列的優(yōu)點,因此被廣泛的應用于開關(guān)電源、電機控制、電動工具等各行各業(yè)。柵極做為MOSFET本身較薄弱的環(huán)節(jié),如果電路設計不當,容易造成器件甚至系統(tǒng)的失效,這篇文章將常見的柵極電路整理出來供大家參考。


MOSFET柵極電路常見的作用有以下幾點:

1、去除電路耦合進去的噪音,提高系統(tǒng)的可靠性。

2、加速MOSFET的導通,降低導通損耗。

3、加速MOSFET的關(guān)斷,降低關(guān)斷損耗。

4、降低MOSFET DI/DT,保護MOSFET同時抑制EMI干擾。

5、保護柵極,防止異常高壓條件下柵極擊穿。

6、增加驅(qū)動能力,在較小的信號下,可以驅(qū)動MOSFET。


首先說一下電源IC直接驅(qū)動,下圖是我們最常用的直接驅(qū)動方式,在這類方式中,我們由于驅(qū)動電路未做過多處理,因此我們進行PCB LAYOUT時要盡量進行優(yōu)化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長度,增加走線寬度,盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進的位置,從而達到減少寄生電感,消除噪音的目的。


1、直接驅(qū)動

首先說一下電源IC直接驅(qū)動,下圖是我們最常用的直接驅(qū)動方式,在這類方式中,我們由于驅(qū)動電路未做過多處理,因此我們進行PCB LAYOUT時要盡量進行優(yōu)化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長度,增加走線寬度,盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進的位置,從而達到減少寄生電感,消除噪音的目的。


MOSFET柵極電路


當然另一個問題我們得考慮,那就是PWM CONTROLLER的驅(qū)動能力,當MOSFET較大時,IC驅(qū)動能力較小時,會出現(xiàn)驅(qū)動過慢,開關(guān)損耗過大甚至不能驅(qū)動的問題,這點我們在設計時需要注意。


2、IC內(nèi)部驅(qū)動能力不足時

當然,對于IC內(nèi)部驅(qū)動能力不足的問題我們也可以采用下面的方法來解決。


MOSFET柵極電路


這種增加驅(qū)動能力的方式不僅增加了導通時間,還可以加速關(guān)斷時間,同時對控制毛刺及功率損耗由一定的效果。當然這個我們在LAYOUT時要盡量將這兩個管子放的離MOSFET柵極較近的位置。這樣做的好處還有減少了寄生電感,提高了電路的抗干擾性。


3、增加MOSFET的關(guān)斷速度

如果我們單單要增加MOSFET的關(guān)斷速度,那么我們可以采用下面的方式來進行。

MOSFET柵極電路

關(guān)斷電流比較大時,能使MOSFET輸入電容放電速度更快,從而降低關(guān)斷損耗。大的放電電流可以通過選擇低輸出阻抗的MOSFET或N溝道的負的截止的電壓器件來實現(xiàn),最常用的就是加加速二極管。


柵極關(guān)斷時,電流在電阻上產(chǎn)生的壓降大于二極管導通壓降時,這時二極管會導通,從而將電阻進行旁路,導通后,隨著電流的減小,二極管在電路中的作用越來越小,該電路作用會顯著的減小MOSFET關(guān)斷的延遲時間。


當然這個電路有一定的缺點,那就是柵極的電流仍然需要留過IC內(nèi)部的輸出驅(qū)動阻抗,這有什么辦法解決呢?


下面來講講PNP加速關(guān)斷驅(qū)動電路:

4、PNP加速關(guān)斷驅(qū)動電路

再來談以下PNP加速關(guān)斷電路

MOSFET柵極電路


PNP加速關(guān)斷電路是目前應用最多的電路,在加速三級管的作用下可以實現(xiàn)瞬間的柵源短路,從而達到最短的放電時間,之所以加二極管一方面是保護三級管基極,另一方面是為導通電流提供回路及偏置,該電路的優(yōu)點為可以近似達到推拉的效果加速效果明顯,缺點為柵極由于經(jīng)過兩個PN節(jié),不能是柵極真正的達到0伏。


5、當源極輸出為高電壓時的驅(qū)動

當源極輸出為高電壓的情況時,我們需要采用偏置電路達到電路工作的目的,既我們以源極為參考點,搭建偏置電路,驅(qū)動電壓在兩個電壓之間波動,驅(qū)動電壓偏差由低電壓提供,如下圖所示。


MOSFET柵極電路


當然,這個圖有點問題,不知道有沒有哪位小伙伴看出來?

其實問題就是“驅(qū)動電源”需要懸浮,要以MOS的源極共“地(給大家加深印象)


這個是正確的圖紙。供各位參考:

MOSFET柵極電路


6、滿足隔離要求的驅(qū)動

為了滿足安全隔離的要求或者提供高端浮動柵極驅(qū)動經(jīng)常會采用變壓器驅(qū)動。這種驅(qū)動將驅(qū)動控制和MOSFET進行了隔離,可以應用到低壓及高壓電路中去,如下圖所示:

MOSFET柵極電路


變壓器驅(qū)動說白了就是隔離驅(qū)動,當然現(xiàn)在也有專門的驅(qū)動IC可以解決,但變壓器驅(qū)動有自己的特點使得很多人一直在堅持用。


圖中耦合電容的作用是為磁化的磁芯提供復位電壓,如果沒有這個電容,會出現(xiàn)磁飽和。


與電容串聯(lián)的電阻的作用是為了防止占空比突然變化形成LC的震蕩,因此加這個電阻進行緩解。


7、自舉逆變圖

下面上一個實際的自舉逆變圖,供參考:

MOSFET柵極電路



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