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[经验] MOSFET驱动及工作区的问题分析

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发表于 2016-12-20 15:35:16 |显示全部楼层
问题1:最近,我们公司的技术专家在调试中发现,MOSFET驱动电压过高,会导致电路过载时,MOSFET中电流过大,于是把降低了驱动电压到6.5V,之前我们都是在12V左右。这种做法感觉和您在文章里第四部份似乎很相似,这样做可行么?

问题分析

系统短路的时候,功率MOSFET相当于工作在放大的线性区,降低驱动电压,可以降低跨导限制的最大电流,从而降低系统的短路电流,从短路保护的角度而言,确实有一定的效果。然后,降低驱动电压,正常工作时候,RDSON会增大,系统效率会降低,MOSFET的温度会升高,对于器件和系统的可靠性会产生问题。短路保护最好通过优化短路保护电路的设计、减小保护的延时来调节,不建议用降低驱动电压方式来调节负载。

如果是CPU控制的系统,可以通过电流检测,当系统电流大于某个设定的异常值后,动态的减小驱动电压,从而减小短路电流的冲击,这种方法是可行的。当系统的负载恢复到正常水平后,驱动电压回到正常的电压值,提高系统正常稳态工作的效率,额外的代价就是要增加一个动态调节驱动电压的电路。


问题2:反复看了回顾了一下文章《理解功率MOSFET的电流》,其中关于图片中,可变电阻区,放大区(饱和区)的划分有些不太理解。首先,图中可变电阻区的电流ID与VDS成恒定线性关系,感觉Rdson应该是恒定且极小的吧。其次,在恒流区,ID被VGS限制,此时,VDS急剧升高,Rdson急速升高,此时的MOSFET从跨导的定义来说,由于ID不再增加,因此被定义为饱和区,但为什么又叫做放大区呢?

问题分析

(1)可变电阻区表明MOSFET在一定的VGS电压下沟道已经完全导通,此时MOSFET的导通压降VDS由流过的电流ID与导通电阻的乘积来确定。为什么这个区被定义为可变电阻区呢?

功率MOSFET数据表中定义的导通电阻都有一定的条件,特别是VGS,当VGS不同时,沟道的饱和程度不同,因此不同的VGS对应的导通电阻并不相同。从漏极导通特性的曲线可以看到:在这个区域,不同的VGS的曲线密集地排在一起,当VGS变化的时候,电流保持不变,对应的VDS压降(电流和导通电阻的乘积)也跟随着变化,也就是导通电阻在变化,可变电阻区由此而得名。

在可变电阻区,不同的VGS的曲线密集地排在一起,VGS变化的时候,导通压降变化非常小,这也进一步表明:沟道的饱和程度变化非常小,即便如此,由于导通电阻本身非常小,因此沟道的饱和程度变化产生沟道电阻变化,对于整个导通电阻的占比的影响大,特别是VGS相差比较大的时候,对于导通电阻的影响非常明显,如下图所示。

1.jpg

(2)恒流区被称为饱和区、线性区,当VGS一定的时候,沟道对应着一定的饱和程度,也对应着跨导限制的最大电流。恒流区也被称为放大区,因为MOSFET也可以作为信号放大元件,可以工作在和三极管相类似的放大状态,MOSFET的恒流区就相当于三极管的放大区。另外恒流区还可以称为线性区,这些名称只是定义的角度不同,叫法不同。

问题3:什么是功率MOSFET的放大区,可否介绍一下?

问题回复

MOSFET线性工作区和三极管放大区工作原理一样,如IB=1mA,电流放大倍数为100,IC=100mA。对于MOSFET,VTH=3V,VGS=4V,跨导为20,那么ID=20A,这是稳定的放大区,LDO、信号放大器、功放和恒流源(早期汽车的雨刷、门窗等电机控制电路)等应用,使用MOSFET作为调整管,MOSFET就工作于稳定放大区。

开关电源等现代的高频电力电子系统,MOSFET工作于开关状态,相当于在截止区和导变电阻区(完全导通)快速的切换,但是,在切换过程必须跨越放大区,这样电流、电压有交错,于是就产生了开关损耗,因此MOSFET在开关过程中,跨越放大区是产生开关损耗最根本原因。有些应用如热插拨、负载开关等,通过人为地增加放大区时间来控制回路浪涌电流,以后会专门介绍。

问题4:PWM芯片的供电电压为5V,去驱动通用驱动电压的功率MOSFET,有什么问题?

问题分析

检查数据表中不同的VGS的导通电阻,发现对应的导通电阻变大,因此功率MOSFET的损耗将增加,温度升高,同时系统的效率降低。极端情况下在低温的时候,一些VTH偏上限的器件可能不能正常开通。
2.jpg




文章来源:融创芯城

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    发表于 2016-12-20 15:40:16 |显示全部楼层
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