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N沟道MOS管开关电路-N沟道开关电路损失及发现问题详解-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-07-10 

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MOS管的分类

场效应管按沟道分可分为N沟道和P沟道MOS管(在符号图中可看到中间的箭头方向不一样)。

N沟道MOS管开关电路

按资料可分为结型管和绝缘栅型管,绝缘栅型又分为耗尽型和增强型,一般主板上大多是绝缘栅型管简称MOS管,而且大多选用增强型的N沟道,其次是增强型的P沟道,结型管和耗尽型管简直不用。场效应晶体管简称场效应管.由大都载流子参加导电,也称为单极型晶体管.它归于电压操控型半导体器材.  场效应管是使用大都载流子导电,所以称之为单极型器材,而晶体管是即有大都载流子,也使用少量载流子导电,被称之为双极型器材.    有些场效应管的源极和漏极能够交换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好。


MOS管开关电路

N沟道MOS管开关电路

电路说明:其中,PWM信号为50HZ方波信号,占空比0.5.HV电压值为406.5V,负载接40W灯泡。


N沟道MOS管开关电路发现问题

现在测试负载两端的波形,理想情况下是高电平400V左右,考虑到MOS管内阻 1。5欧姆左右(这款的VDS电压较大,mos管内阻也较大,一般mos管是毫欧级别),低电平为0。但是实际测出来有偏差,如下:

N沟道MOS管开关电路

最高值只有256V,而且一直在跳动。

查了电路应该没问题,后来继续翻看P5NK60Z 芯片的技术参数PDF文档,看到如下图:

N沟道MOS管开关电路

横坐标是VGS电压  纵坐标是ID电流大小 。此图反映的是在施加25V 漏源极电压时候的技术参数图。显然可以看出,此时如果VGS为5V时, ID并没有达到最大状态 也就是不能实现mos管的饱和导通状态,如果没有饱和导通,则MOS管的内阻会相对较大(可以理解为D、S两点之间的阻值),由于分压的作用 D、S间的电压。 如图箭头所示,这两点之间的电压会增大,这就会直接导致负载两端电压被拉低。

所以总结起原因,就是,光耦控制电压,直接输送到门极的电压 5V驱动电压实在是给得太低了,MOS没有饱和导通,根据P5NK60Z芯片资料,这里应该将5V改为10才能保证mos管饱和导通,满足负载电压要求。

N沟道MOS管开关电路损失

不管是N沟道MOS管还是P沟道MOS管,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越高,损失也越大。导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。缩短开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。


N沟道MOS管驱动

N沟道MOS管驱动跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。

第二注意的是,普遍用于高端驱动的N沟道MOS管,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。




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