■耐壓：通常所說的VDS，或者說是擊穿電壓。那么一般MOS廠家是如何來定義這個(gè)參數(shù)的呢？

■上面這個(gè)例子顯示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為0，Vds達(dá)到200V的時(shí)候，Id這個(gè)電流達(dá)到了250uA，這個(gè)時(shí)候認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到擊穿電壓。

■不同的廠家對此定義略有不同，但是基本上來說，當(dāng)電壓超過擊穿電壓，MOS的漏電流就會急劇上升。

■導(dǎo)通電阻：

■MOSFET在導(dǎo)通之后，其特性可以近似認(rèn)為是一個(gè)電阻

■上面這個(gè)例子表示，在驅(qū)動(dòng)電壓為10V的時(shí)候，導(dǎo)通電阻為0.18歐姆

■導(dǎo)通電阻的溫度關(guān)系：

■MOS的導(dǎo)通電阻隨溫度上升而上升，下圖顯示該MOS的導(dǎo)通電阻在結(jié)溫為140度的時(shí)候，為20度時(shí)候的2倍。

■導(dǎo)通閥值電壓：就是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓到達(dá)該值之后，可認(rèn)為MOS已經(jīng)開通。

■上面這個(gè)例子，可以看到當(dāng)Vgs達(dá)到2-4V的時(shí)候，MOS電流就上升到250uA。這時(shí)候可認(rèn)為MOS已經(jīng)開始開通。

■驅(qū)動(dòng)電壓和導(dǎo)通電阻，最大導(dǎo)通電流之間的關(guān)系

■從下圖可以看到，驅(qū)動(dòng)電壓越高，實(shí)際上導(dǎo)通電阻越小，而且最大導(dǎo)通電流也越大

■導(dǎo)通閥值電壓隨溫度上升而下降

■MOSFET的寄生二極管

■寄生二極管比較重要的特性，就是反向恢復(fù)特性。這個(gè)在ZVS，同步整流等應(yīng)用中顯得尤為重要。

■MOSFET的寄生電容

■這三個(gè)電容的定義如下：

■MOS的寄生電容都是非線性電容，其容值和加在上面的電壓有關(guān)。所以一般的MOS廠家還會用另外一個(gè)參數(shù)來描述這個(gè)特性：

■用電荷來描述

MOS管的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，下面我們用實(shí)例來詳解

首先，來做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，把一個(gè)MOSFET的G懸空，然后在DS上加電壓，那么會出現(xiàn)什么情況呢？很多工程師都知道，MOS會導(dǎo)通甚至擊穿。這是為什么呢？因?yàn)槲腋緵]有加驅(qū)動(dòng)電壓，MOS怎么會導(dǎo)通？用下面的圖，來做個(gè)仿真：

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去探測G極的電壓，發(fā)現(xiàn)電壓波形如下：

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G極的電壓居然有4V多，難怪MOSFET會導(dǎo)通，這是因?yàn)镸OSFET的寄生參數(shù)在搗鬼。

關(guān)于MOSFET的寄生參數(shù)的描述，可以參考蜘蛛先生的帖子：https://bbs.dianyuan.com/topic/579603

這種情況有什么危害呢？實(shí)際情況下，MOS肯定有驅(qū)動(dòng)電路的么，要么導(dǎo)通，要么關(guān)掉。問題就出在開機(jī)，或者關(guān)機(jī)的時(shí)候，最主要是開機(jī)的時(shí)候，此時(shí)你的驅(qū)動(dòng)電路還沒上電。但是輸入上電了，由于驅(qū)動(dòng)電路沒有工作，G級的電荷無法被釋放，就容易導(dǎo)致MOS導(dǎo)通擊穿。那么怎么解決呢？

在GS之間并一個(gè)電阻.

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那么仿真的結(jié)果呢:

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幾乎為0V.

什么叫驅(qū)動(dòng)能力，很多PWM芯片，或者專門的驅(qū)動(dòng)芯片都會說驅(qū)動(dòng)能力，比如384X的驅(qū)動(dòng)能力為1A，其含義是什么呢？

假如驅(qū)動(dòng)是個(gè)理想脈沖源，那么其驅(qū)動(dòng)能力就是無窮大，想提供多大電流就給多大。但實(shí)際中，驅(qū)動(dòng)是有內(nèi)阻的，假設(shè)其內(nèi)阻為10歐姆，在10V電壓下，最多能提供的峰值電流就是1A，通常也認(rèn)為其驅(qū)動(dòng)能力為1A。

那什么叫驅(qū)動(dòng)電阻呢，通常驅(qū)動(dòng)器和MOS的G極之間，會串一個(gè)電阻，就如下圖的R3。

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驅(qū)動(dòng)電阻的作用，如果你的驅(qū)動(dòng)走線很長，驅(qū)動(dòng)電阻可以對走線電感和MOS結(jié)電容引起的震蕩起阻尼作用。但是通常，現(xiàn)在的PCB走線都很緊湊，走線電感非常小。

第二個(gè)，重要作用就是調(diào)解驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力，調(diào)節(jié)開關(guān)速度。當(dāng)然只能降低驅(qū)動(dòng)能力，而不能提高。

對上圖進(jìn)行仿真，R3分別取1歐姆，和100歐姆。下圖是MOS的G極的電壓波形上升沿。

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紅色波形為R3=1歐姆，綠色為R3=100歐姆。可以看到，當(dāng)R3比較大時(shí)，驅(qū)動(dòng)就有點(diǎn)力不從心了，特別在處理米勒效應(yīng)的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)電壓上升很緩慢。

下圖，是驅(qū)動(dòng)的下降沿?

那么驅(qū)動(dòng)的快慢對MOS的開關(guān)有什么影響呢？下圖是MOS導(dǎo)通時(shí)候DS的電壓：

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紅色的是R3=1歐姆，綠色的是R3=100歐姆?？梢奟3越大，MOS的導(dǎo)通速度越慢。

下圖是電流波形

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紅色的是R3=1歐姆，綠色的是R3=100歐姆?？梢奟3越大，MOS的導(dǎo)通速度越慢。

可以看到，驅(qū)動(dòng)電阻增加可以降低MOS開關(guān)的時(shí)候得電壓電流的變化率。比較慢的開關(guān)速度，對EMI有好處。下圖是對兩個(gè)不同驅(qū)動(dòng)情況下，MOS的DS電壓波形做付利葉分析得到

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紅色的是R3=1歐姆，綠色的是R3=100歐姆。可見，驅(qū)動(dòng)電阻大的時(shí)候，高頻諧波明顯變小。

但是驅(qū)動(dòng)速度慢，又有什么壞處呢？那就是開關(guān)損耗大了，下圖是不同驅(qū)動(dòng)電阻下，導(dǎo)通損耗的功率曲線。

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紅色的是R3=1歐姆，綠色的是R3=100歐姆。可見，驅(qū)動(dòng)電阻大的時(shí)候，損耗明顯大了。

結(jié)論：驅(qū)動(dòng)電阻到底選多大？還真難講，小了，EMI不好，大了，效率不好。

所以只能一個(gè)折中的選擇了。

那如果，開通和關(guān)斷的速度要分別調(diào)節(jié)，怎么辦？就用以下電路。

• MOSFET的自舉驅(qū)動(dòng).

  對于NMOS來說，必須是G極的電壓高于S極一定電壓才能導(dǎo)通。那么對于對S極和控制IC的地等電位的MOS來說，驅(qū)動(dòng)根本沒有問題，如上圖。

  但是對于一些拓?fù)?，比如BUCK（開關(guān)管放在上端），雙管正激，雙管反激，半橋，全橋這些拓?fù)涞纳瞎埽蜎]辦法直接用芯片去驅(qū)動(dòng)，那么可以采用自舉驅(qū)動(dòng)電路。

  看下圖的BUCK電路：

  

  加入輸入12V，MOS的導(dǎo)通閥值為3V，那么對于Q1來說，當(dāng)Q1導(dǎo)通之后，如果要維持導(dǎo)通狀態(tài)，Q1的G級必須保證15V以上的電壓，因?yàn)镾級已經(jīng)有12V了。

  那么輸入才12V，怎么得到15V的電壓呢？

  其實(shí)上管Q1驅(qū)動(dòng)的供電在于 Cboot。

  看下圖，芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

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  Cboot是掛在boot和LX之間的，而LX卻是下管的D級，當(dāng)下管導(dǎo)通的時(shí)候，LX接地，芯片的內(nèi)部基準(zhǔn)通過Dboot（自舉二極管）對Cboot充電。當(dāng)下管關(guān)，上管通的時(shí)候，LX點(diǎn)的電壓上升，Cboot上的電壓自然就被舉了起來。這樣驅(qū)動(dòng)電壓才能高過輸入電壓。

  當(dāng)然芯片內(nèi)部的邏輯信號在提供給驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，還需要Level shift電路，把信號的電平電壓也提上去。

  Buck電路，現(xiàn)在有太多的控制芯片集成了自舉驅(qū)動(dòng)，讓整個(gè)設(shè)計(jì)變得很簡單。但是對于，雙管的，橋式的拓?fù)洌鄶?shù)芯片沒有集成驅(qū)動(dòng)。那樣就可以外加自舉驅(qū)動(dòng)芯片，48V系統(tǒng)輸入的，可以采用Intersil公司的ISL21XX，HIP21XX系列。如果是AC/DC中，電壓比較高的，可以采用IR的IR21XX系列。

  下圖是ISL21XX的內(nèi)部框圖。

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  其核心的東西，就是紅圈里的boot二極管，和Level shift電路

  ISL21XX驅(qū)動(dòng)橋式電路示意圖：

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  驅(qū)動(dòng)雙管電路：

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  驅(qū)動(dòng)有源鉗位示意圖：

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  當(dāng)然以上都是示意圖，沒有完整的外圍電路，但是外圍其實(shí)很簡單，參考datasheet即可。

• 隔離驅(qū)動(dòng)。當(dāng)控制和MOS處于電氣隔離狀態(tài)下，自舉驅(qū)動(dòng)就無法勝任了，那么就需要隔離驅(qū)動(dòng)了。下面來討論隔離驅(qū)動(dòng)中最常用的，變壓器隔離驅(qū)動(dòng)。

   

  看個(gè)最簡單的隔離驅(qū)動(dòng)電路，被驅(qū)動(dòng)的對象是Q1。?

  

  驅(qū)動(dòng)源參數(shù)為12V ，100KHz， D=0.5。

  驅(qū)動(dòng)變壓器電感量為200uH，匝比為1：1。

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  紅色波形為驅(qū)動(dòng)源V1的輸出，綠色為Q1的G級波形。可以看到，Q1-G的波形為具有正負(fù)電壓的方波，幅值6V了。

  為什么驅(qū)動(dòng)電壓會下降呢，是因?yàn)閂1的電壓直流分量，完全被C1阻擋了。所以C1也稱為隔直電容。

  下圖為C1上的電壓。

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  其平均電壓為6V，但是峰峰值，卻有2V，顯然C1不夠大，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)信號最終不夠平。那么把C1變?yōu)?70n。Q1-G的電壓波形就變成如下：

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  驅(qū)動(dòng)電壓變得平緩了些。如果把驅(qū)動(dòng)變壓器的電感量增加到500uH。驅(qū)動(dòng)信號就如下圖：

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  驅(qū)動(dòng)信號顯得更為平緩。

  從這里可以看到，這種驅(qū)動(dòng)，有個(gè)明顯的特點(diǎn)，就是驅(qū)動(dòng)電平，最終到達(dá)MOS的時(shí)候，電壓幅度減小了，具體減小多少呢，應(yīng)該是D*V,D為占空比，那么如果D很大的話，驅(qū)動(dòng)電壓就會變得很小，如下圖，D=0.9

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  發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)到達(dá)MOS的時(shí)候，正壓不到2V了。顯然這種驅(qū)動(dòng)不適合占空比大的情況。

  從上面可以看到，在驅(qū)動(dòng)工作的時(shí)候，其實(shí)C1上面始終有一個(gè)電壓存在，電壓平均值為

  V*D，也就是說這個(gè)電容存儲著一定的能量。那么這個(gè)能量的存在，會帶來什么問題呢？

  下面模擬驅(qū)動(dòng)突然掉電的情況：

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  可見，在驅(qū)動(dòng)突然關(guān)掉之后，C1上的能量，會引起驅(qū)動(dòng)變的電感，C1以及mos的結(jié)電容之間的諧振。如果這個(gè)諧振電壓足夠高的話，就會觸發(fā)MOS，對可靠性帶來危害。

  那么如何來降低這個(gè)震蕩呢，在GS上并個(gè)電阻，下圖是并了1K電阻之后波形：

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  但是這個(gè)電阻會給驅(qū)動(dòng)帶來額外的損耗。

  如何傳遞大占空比的驅(qū)動(dòng)：

  看一個(gè)簡單的驅(qū)動(dòng)電路。

  

  當(dāng)D=0.9的時(shí)候

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  紅色波形為驅(qū)動(dòng)源輸出，綠色為到達(dá)MOS的波形?；颈３至蓑?qū)動(dòng)源的波形。

  同樣，這個(gè)電路在驅(qū)動(dòng)掉電的時(shí)候，比如關(guān)機(jī)，也會出現(xiàn)震蕩。

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  而且似乎這個(gè)問題比上面的電路還嚴(yán)重。

  下面嘗試降低這個(gè)震蕩，首先把R5改為1K

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  確實(shí)有改善，但問題還是嚴(yán)重，繼續(xù)在C2上并一個(gè)1K的電阻。

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  綠色的波形，確實(shí)更改善了一些，但是問題還是存在。這是個(gè)可靠性的隱患。

  對于這個(gè)問題如何解決呢？可以采用soft stop的方式來關(guān)機(jī)。soft stop其實(shí)就是soft start的反過程，就是在關(guān)機(jī)的時(shí)候，讓驅(qū)動(dòng)占空比從大往小變化，直到關(guān)機(jī)。很多IC已經(jīng)集成了該功能。

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  可看到，驅(qū)動(dòng)信號在關(guān)機(jī)的時(shí)候，沒有了上面的那些震蕩。

  對于半橋，全橋的驅(qū)動(dòng)，由于具有兩相驅(qū)動(dòng)，而且相位差為180度，那么如何用隔離變壓器來驅(qū)動(dòng)呢？

  

  采用一拖二的方式，可以來驅(qū)動(dòng)兩個(gè)管子。

  下圖，是兩個(gè)驅(qū)動(dòng)源的波形：

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  通過變壓器傳遞之后，到達(dá)MOS會變成如下：

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  • ?

  • 在有源鉗位，不對稱半橋，以及同步整流等場合，需要一對互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)，那么怎么用一路驅(qū)動(dòng)來產(chǎn)生互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)，并且形成死區(qū)?？捎孟聢D。?

    波形如下圖：

    ?

  • 

  • MOSFET的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，由于MOS經(jīng)常采用并聯(lián)的方式工作，那么驅(qū)動(dòng)又該如何設(shè)計(jì)呢？

     

    是這樣?

    還是這樣？

    

     

    MOS并聯(lián)，對驅(qū)動(dòng)的一致性要求就很高了，如果導(dǎo)通，關(guān)斷時(shí)間不一致，會導(dǎo)致其中一個(gè)MOS開關(guān)損耗劇增。所以在軟開關(guān)電路上，用MOS并聯(lián)問題比較少，但是硬開關(guān)電路，就要小心了。下面用仿真來看現(xiàn)象，假設(shè)兩個(gè)MOS并聯(lián)，而且MOS的參數(shù)完全一樣。

    但是驅(qū)動(dòng)走線的寄生參數(shù)有很大不同。

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    R2，R4，L1，L2都為驅(qū)動(dòng)走線的寄生參數(shù)。那么下圖為，導(dǎo)通時(shí)候，兩個(gè)mos的電流

    基本上還算一致。

     

    

     

    接下去，把兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻并聯(lián)起來一起去驅(qū)動(dòng)兩MOS，

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    再看導(dǎo)通時(shí)候的電流波形：

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    兩管子的電流波形，均出現(xiàn)劇烈震蕩。

  Pmos的驅(qū)動(dòng)：

  下圖為Pmos

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  Pmos要求GS的電壓是負(fù)的，也就是G的電壓要比S的低，才能導(dǎo)通。那么，如果SD承受高壓，G只要比S的電壓低一點(diǎn)就能導(dǎo)通，但是一旦SD導(dǎo)通，G必須維持負(fù)壓才能導(dǎo)通。

  而GS的耐壓是很低的，這就很麻煩了。一般在電源中最常見的Pmos應(yīng)用，就有有源鉗位

   

  有源鉗位的Pmos，是S級接地的，那么要保持導(dǎo)通，G級必須要有負(fù)壓才行。那么如何產(chǎn)生負(fù)壓呢，可以采用下圖驅(qū)動(dòng)方式：

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  那么波形可見：

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