MOS管栅极驱动电路设计注意事项

mos管开关电路在dc-dc电源、开关控制、电平转换等电路中都有普遍的应用,今天就和大家一起学习一下mos管栅极驱动的设计注意事项。
模电课本上定义mos管为一种压控流型器件,理想状态下,当mos管处于开关状态时,开关波形应该和控制信号电压波形一样标准才对,可实际情况并不总如人意。
如下图所示,输入信号为1mhz,幅度5v的方波信号,通过200ohm电阻r1连接到nmos的栅极。从波形中可以发现,ud电压最小值还在5v左右就又开始上升,即开关并未完全导通。
了解过“密勒平台”的同学应该都知道,mos管gs和gd之间分别有一个等效电容,电容两端电压不能突变,因此当栅极加上一个开关信号时,本质上就是对这些电容进行充放电,来使vgs电压达到导通和关闭的门限。
当栅极串联较大的电阻后,栅极上的充放电电流就比较小,对电容的充电速度较慢,因此就会出现上述mos管还未完全导通,下一个关闭mos管的信号又到达的情况。
这时,我们将串联电阻r1缩小为20ohm,可以看到vd电压信号基本保持方波,且可以完全导通了。但是可以观察到ud关断时,有较长的“爬坡”,这表明,即使栅极驱动电流增大了,但是mos管本身的开关频率也是有上限的。
在上述基础上,我们再将栅极驱动信号的频率降低到100khz,这时我们观察到ud和ugs基本都是一个比较标准的方波信号(通过ugs信号能观察到“密勒平台”),一般我们认为这样的驱动才是合格的。
针对前两种不完全导通和边沿爬坡较缓的现象,会产生哪些问题?
从功耗的计算公式p=u*i来看,当mos管完全导通时,我们可以近似认为mos管的损耗为0,即mos的损耗仅存在于开关过程,即电压、电流都不为0的时候。当mos不完全导通或者边沿较缓时,mos管本身的损耗就会加大,会加重mos管的发热,严重的会导致mos管烧毁。


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