MOS管誤導(dǎo)通,防止MOS管誤導(dǎo)通方法-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2024-12-10
當(dāng)MOS管從導(dǎo)通狀態(tài)突然切換到關(guān)斷狀態(tài)時(shí),源極和漏極之間會(huì)產(chǎn)生陡峭的dVDS/dt,產(chǎn)生的電流通過米勒電容耦合到柵極,導(dǎo)致柵極電壓升高,產(chǎn)生電壓尖峰。如果這個(gè)電壓尖峰超過MOS管的開通閾值,MOSFET就會(huì)被誤開通,導(dǎo)致電路直通甚至損壞。
MOS管的誤導(dǎo)通和柵極擊穿損壞
MOS管的柵漏寄生電容(也叫米勒電容)會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)MOS管自開通現(xiàn)象。 導(dǎo)致MOS管誤導(dǎo)通和柵極擊穿損壞的原因是什么呢?
如下圖所示,當(dāng)MOS管從導(dǎo)通狀態(tài)突然切換到關(guān)斷狀態(tài)時(shí),MOS管的源極和漏極之間會(huì)產(chǎn)生陡峭的dVDS/dt。產(chǎn)生的電流經(jīng)米勒電容耦合到柵極,導(dǎo)致在柵極電阻中產(chǎn)生電壓降,從而提高柵極電壓,產(chǎn)生較大的電壓尖峰。產(chǎn)生的電流為:i=Cgd·dVDS/dt。
當(dāng)i·Rg>Vgs(th)時(shí),MOS管就會(huì)發(fā)生自導(dǎo)通,對(duì)于MOS管構(gòu)成的H橋電路來說,這種自導(dǎo)通會(huì)帶來上管和下管同時(shí)導(dǎo)通的情況發(fā)生,可能損壞一個(gè)或者兩個(gè)MOS管。當(dāng)柵極的尖峰電壓超過柵源之間允許的最大電壓時(shí),會(huì)擊穿MOS管的柵極氧化層,導(dǎo)致?lián)p壞。
如何防止MOS管的誤導(dǎo)通和柵極擊穿損壞?
1.選擇合適的柵極串聯(lián)電阻。
MOS管的柵極一般都會(huì)接一個(gè)電阻,那么這個(gè)柵極串聯(lián)電阻有什么作用呢?
第一個(gè)作用就是可以限制驅(qū)動(dòng)電流 ,防止瞬間驅(qū)動(dòng)電流過大導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)能力不足或者損壞。MOS管的開啟可以看成是對(duì)Cgs和Cgd的充電過程,充電瞬間電容相當(dāng)于短路,電流非常大,驅(qū)動(dòng)芯片瞬間可能無法提供這么大的電流或者因?yàn)殡娏鬟^大而損壞,所以串接一個(gè)電阻起限流和保護(hù)作用。
第二個(gè)作用就是解決上面提到的問題-防止MOS管的誤導(dǎo)通和柵極擊穿損壞。增大MOS管的柵極串聯(lián)電阻可以減小開關(guān)的導(dǎo)通速度,從而減小dVDS/dt,進(jìn)而減小柵極的尖峰電壓,達(dá)到防止MOS管的誤導(dǎo)通和柵極氧化層擊穿損壞的目的。
但MOS管的柵極電阻過大,會(huì)降低開關(guān)速度,導(dǎo)致功率損耗增加,引發(fā)潛在的發(fā)熱問題。相反,較小的柵極串聯(lián)電阻會(huì)提高開關(guān)速度,容易引發(fā)電壓尖峰。因此對(duì)于柵極電阻的選擇要均衡考慮開關(guān)速度和尖峰電壓的影響。
2.串聯(lián)合適的柵源電容。
在柵極和源極之間插入一個(gè)電容,這個(gè)電容會(huì)吸收因dVDS/dt而產(chǎn)生的柵漏電流,從而防止MOS管的誤導(dǎo)通和柵極擊穿損壞。
3.可以在柵源之間并聯(lián)一個(gè)TVS二極管(瞬態(tài)電壓抑制二極管),但需要選擇合適的鉗位電壓(Vc)。
TVS二極管是一種抑制過電壓的保護(hù)元件,TVS二極管一般反向并聯(lián)與被保護(hù)元件兩端,正常工作時(shí),二極管處于截止?fàn)顟B(tài),不影響電路的正常工作;但當(dāng)電路中有瞬間的高電壓沖擊時(shí),二極管能夠迅速反向擊穿導(dǎo)通(導(dǎo)通時(shí)間大多為P秒級(jí)),將被保護(hù)元件兩端的電壓鉗位在一個(gè)較低的水平,從而使被保護(hù)元件免于損壞。
TVS二極管保護(hù)元件的原理如下圖所示:
4.使用米勒鉗位電路
通過在柵源之間增加一個(gè)MOS管來實(shí)現(xiàn)鉗位功能,當(dāng)電壓低于預(yù)設(shè)的米勒電壓時(shí),比較器提供邏輯高電平,使柵源之間的MOS管導(dǎo)通,短路米勒電容和柵極電阻的電流,從而穩(wěn)定柵極電壓。
5.采用負(fù)壓驅(qū)動(dòng)
利用負(fù)電壓提供柵極驅(qū)動(dòng)電壓,使其不要超過閾值電壓Vgs(th)。這種方法可以有效防止誤導(dǎo)通,特別是在高壓大功率場(chǎng)合,如SiC MOSFET的應(yīng)用中更為有效。
聯(lián)系方式:鄒先生
座機(jī):0755-83888366-8022
手機(jī):18123972950(微信同號(hào))
QQ:2880195519
聯(lián)系地址:深圳市龍華區(qū)英泰科匯廣場(chǎng)2棟1902
搜索微信公眾號(hào):“KIA半導(dǎo)體”或掃碼關(guān)注官方微信公眾號(hào)
關(guān)注官方微信公眾號(hào):提供 MOS管 技術(shù)支持
免責(zé)聲明:網(wǎng)站部分圖文來源其它出處,如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除。