MOS管驅(qū)動電流估算及MOS驅(qū)動的幾個特別應用解析

MOS管驅(qū)動電流估算及MOS驅(qū)動的幾個特別應用解析

MOS管驅(qū)動電流估算是本文的重點，如下參數(shù)：

有人可能會這樣計算：

開通電流

Ion=Qg/Ton=Qg/Td(on)+tr，帶入數(shù)據(jù)得Ion=105nc/(140+500)ns=164mA

關(guān)斷電流

Ioff=Qg/Toff= Qg/Td(off)+tf，帶入數(shù)據(jù)得Ioff=105nc/(215+245)ns=228mA。

于是乎得出這樣的結(jié)論，驅(qū)動電流只需 300mA左右即可。仔細想想這樣計算對嗎？這里必須要注意這樣一個條件細節(jié)，RG=25Ω。所以這個指標沒有什么意義。

應該怎么計算才對呢？其實應該是這樣的，根據(jù)產(chǎn)品的開關(guān)速度來決定開關(guān)電流。根據(jù)I=Q/t，獲得了具體MOS管Qg數(shù)據(jù)，和我們線路的電流能力，就可以獲得Ton= Qg/I。比如45N50，它在Vgs=10V，VDS=400V，Id=48A的時候，Qg=105nC。如果用1A的驅(qū)動能力去驅(qū)動，就可以得到最快105nS的開關(guān)速度。

當然這也只能估算出驅(qū)動電流的數(shù)值，還需進一步測試MOS管的過沖波形。在設(shè)計驅(qū)動電路的時候，一般在MOS管前面串一個10Ω左右的電阻（根據(jù)測試波形調(diào)整參數(shù)）。

這里要注意的是要用Qg來計算開啟關(guān)斷速度，而不是用柵極電容來計算。

MOS管驅(qū)動電流估算講了，下面講講MOS管開通過程：

開始給MOS管Cgs充電，當電壓升到 5V時，Id流過一定的電流。繼續(xù)充電，Id越來越大，但還沒完全導通。當Id升到最大電流時，Id不再變化，Cgs也不再變化。

這時輸入電壓不給Cgs充電，而是給Cgd米勒電容充電，然后MOS管完全導通。

MOS管完全導通之后，輸入電壓不再經(jīng)過米勒電容，又繼續(xù)給Cgs充電直到Vgs等于輸入電壓10V。

圖中 Vgs輸入電壓保持不變即Qgd階段，輸入電壓不給Cgs充電，而是給Cgd米勒電容充電。這是MOS管固有的轉(zhuǎn)移特性。這期間不變的電壓也叫平臺電壓。

此時，MOS管的電流最大，電阻最大，根據(jù)P=I*I*R，此時管子消耗的功率最大，發(fā)熱最嚴重，所以盡可能讓平臺電壓工作的時間很短。

一般來說，耐壓等級越高，MOS管的輸入電容越大，反向傳輸電容Crss越小，米勒效應也相應減小。

MOS驅(qū)動的幾個特別應用

1、低壓應用

當使用5V電源，這時候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結(jié)構(gòu)，由于三極管的be有0.7V左右的壓降，導致實際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時候，我們選用標稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風險。同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場合。

2、寬電壓應用

輸入電壓并不是一個固定值，它會隨著時間或者其他因素而變動。這個變動導致PWM電路提供給MOS管的驅(qū)動電壓是不穩(wěn)定的。

為了讓MOS管在高gate電壓下安全，很多MOS管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強行限制gate電壓的幅值。在這種情況下，當提供的驅(qū)動電壓超過穩(wěn)壓管的電壓，就會引起較大的靜態(tài)功耗。

同時，如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓，就會出現(xiàn)輸入電壓比較高的時候，MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時候gate電壓不足，引起導通不夠徹底，從而增加功耗。

3、雙電壓應用

在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數(shù)字電壓，而功率部分使用12V甚至更高的電壓。兩個電壓采用共地方式連接。這就提出一個要求，需要使用一個電路，讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管，同時高壓側(cè)的MOS管也同樣會面對1和2中提到的問題。在這三種情況下，圖騰柱結(jié)構(gòu)無法滿足輸出要求，而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動IC，似乎也沒有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。