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开关电源学习笔记之MOS管

目录

    • 1. 什么是MOS管?
      • 1.1 如何判断MOS管的G栅极、D漏极、S源极?
      • 1.2 如何判断MOS管是N型还是P型?
    • 2. MOS管驱动电路分析
      • 2.1 各元件的作用是什么?
        • (1)二极管D1的作用
        • (2)电阻R2的作用
        • (3)电阻R3的作用
      • 2.2 什么是MOS管的米勒效应?
    • 3. MOS管驱动电压GS振荡分析
      • 3.1 驱动电压GS振荡原因
      • 3.2 如何消除驱动电压GS振荡

1. 什么是MOS管?

(1)MOS管是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的简称。

(2)MOS管有三个引脚,分别为G栅极、D漏极、S源极。

(3)MOS管一般分为NMOS和PMOS,不过实际电路中NMOS管使用较多。

(4)NMOS:D极接输入,S极接输出。PMOS:S极接输入,D极接输出。

图1

开关电源学习笔记之MOS管

1.1 如何判断MOS管的G栅极、D漏极、S源极?

万用表测量,方法如下:

前提是需要知道MOS管是NMOS还是PMOS。S源极与D漏极之间应该有二极管的管压降0.5v左右,剩下没有管压降的一端就是G栅极。如果是N型MOS管,则红表笔为S源极,黑表笔为D漏极。如果是P型MOS管,则红表笔是D漏极,黑表笔是S源极。(结合图1理解)

1.2 如何判断MOS管是N型还是P型?

万用表测量,方法如下:

前提是需要知道MOS管的三个引脚分别是什么极。用电压表的二极管档,测量D漏极与S源极。当测得有0.5V管压降时,如果红表笔接S源极,黑表笔接D漏极,则是NMOS管;如果红表笔接D漏极,黑表笔接S源极,则是PMOS管。(结合图1理解)

2. MOS管驱动电路分析

下面是常见的MOS管驱动电路(注意:Cgd和Cgs是MOS管的寄生电容,实际电路中是没有的)。

图2

开关电源学习笔记之MOS管

2.1 各元件的作用是什么?

(1)二极管D1的作用

二极管D1在驱动信号是低电平时起到快速关断的作用。一般在H桥驱动电路中需要加此二极管起到“慢开快关”的作用,防止上下桥臂直通。

(2)电阻R2的作用

电阻R2的作用是防止驱动波形振荡。如果阻值太小,GS驱动波形会振荡;阻值太大会导致MOS管开通和关断速度慢,并且降低电源效率。

(3)电阻R3的作用

MOS管栅极输入阻抗高,在引脚悬空的情况下,很容易在栅极形成较高的感应电压而使MOS管误导通,电阻R3可以保证栅极可靠的下拉截止。典型值10K。

2.2 什么是MOS管的米勒效应?

G极与D极存在极间电容Cgd,G极与S极存在极间电容Cgs,当G极有高电平信号时,电容Cgs充电到阈值电压4V时,DS极开始导通,D极电平下降趋近于0V,此过程电容Cgd开始充电,使G极电压在短时间内保持在4V,这就是米勒效应。该阈值电压Vgs也叫“米勒平台”。米勒平台在MOS管的导通与关断时都存在,其宽度与G极驱动电阻R2直接相关。

3. MOS管驱动电压GS振荡分析

图3

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3.1 驱动电压GS振荡原因

图3电路中,X1输入的驱动波形正常,到Cgs两端的波形就有振荡了(如图4),实际上这个振荡是由R2、L1和Cgs串联谐振引起的,R2为驱动电阻,L1是PCB上走线的寄生电感,Cgs是MOS管GS的极间电容。

图4

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对于一个RLC串联谐振电路,其中L1和Cgs不消耗功率,电阻R2起到阻止振荡的阻尼作用。实际上这个驱动电阻的阻值就决定了Cgs两端会不会振荡。

1、当 R2 > 2*(L1/Cgs)^0.5时,S1,S2为不相等的实数根。过阻尼情况。

在这种情况下,基本不会发生振荡的。

2、当 R2 = 2*(L1/Cgs)^0.5时,S1,S2为两个相等的实数根。临界情况。

在这种情况下,有振荡也是比较微弱的。

3、当 R2 < 2*(L1/Cgs)^0.5时,S1,S2为共轭复数根。欠阻尼情况。

在这种情况下,电路一定会发生振荡。

3.2 如何消除驱动电压GS振荡

消除驱动电压GS振荡,我们有几个选择:

1、增大电阻 R2 使 R2 ≥ 2*(L1/Cgs)^0.5,来消除振荡,对于增大R2会降低电源效率的,我们一般选择接近临界的阻值。

2、减小PCB走线寄生电感L1,这个是在PCB布局布线中一定要注意的。

3、增大Cgs,对于这个我们往往都不太好改变,Cgs的增大会使开通时间大大加长,我们一般都不去改变它。

所以最主要的还是在PCB布局布线的时候,特别注意走线的长度,驱动回路的长度越短越好,另外可以适当加大驱动电阻R2。

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