從無(wú)到有,徹底搞懂MOSFET講解(七)
我們上次講了,怎么降低開關(guān)損耗:
1、增大Igs電流:減小柵極電阻;柵極驅(qū)動(dòng)的電流能力要大,充放電2個(gè)方向。
2、提高Vgs驅(qū)動(dòng)電壓:±20V,±15V,±12V。
上面講的方法,都可以把米勒平臺(tái)的時(shí)間變短,最大的好處就是降低開關(guān)損耗。那么這種開關(guān)損耗的降低,會(huì)不會(huì)帶來(lái)其它問(wèn)題呢?
在米勒平臺(tái)時(shí)間內(nèi),GS電流回路受GS電容、Cgd電容、Id、Vd、驅(qū)動(dòng)電流Igs以及Layout回路大小、板級(jí)走線、MOSFET內(nèi)部電感的影響。那么這些影響會(huì)讓Vgs波形容易發(fā)生震蕩。
其實(shí),GS電流不僅僅受到Cgs電容影響,它還有另一條回路,也就是受到米勒電容Cgd的大小影響。
那么,之前我們也說(shuō)了,米勒電容Cgd的大小其實(shí)也受漏極電壓Vd的影響,Vd電壓越高,Cgd越大;Vd電壓越低,Cgd越小;也就是說(shuō)GS電流也間接受到Vd電壓的影響,Vd電壓高,受米勒電容影響更大。
然而,對(duì)于高壓管子來(lái)說(shuō),Vd越大,它的Id電流一般就小。也就是說(shuō),高壓管子,米勒電容大,DS電流小,那么,高壓的管子開通就會(huì)容易震蕩。
同樣的,對(duì)于低壓管子來(lái)說(shuō),Vd電壓低,米勒電容小,那么低壓的管子,一般Id電流大,那么,低壓的管子在關(guān)斷的時(shí)候就會(huì)容易出現(xiàn)震蕩。下面來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明一下。
如上圖所示。對(duì)于高壓的管子來(lái)說(shuō),如果帶PFC模塊的話,一般Vbus電壓都會(huì)達(dá)到390V、400V的樣子。這么高的電壓,MOS管在開通時(shí),Vd就要從400V迅速降低到0V,所以漏極的dv/dt是很大的。如果米勒平臺(tái)時(shí)間越短,那么dv/dt就會(huì)越大。同樣的,對(duì)于低壓的管子來(lái)說(shuō),如果米勒平臺(tái)越短,那么di/dt就會(huì)越大。
總結(jié)一下,如果將米勒平臺(tái)變短的話:
對(duì)于高壓小電流管子的開通,dv/dt 大;
對(duì)于低壓大電流管子的關(guān)斷,di/dt 大。
那么DS的迅速變化(dv/dt,di/dt),會(huì)通過(guò)米勒電容Cgd反饋到柵極,也會(huì)通過(guò)Cgs電容傳遞到柵極,影響到柵極的驅(qū)動(dòng)波形,就會(huì)在柵極的平臺(tái)區(qū)域出現(xiàn)干擾。也就是說(shuō),高壓管子在開通過(guò)程中,DS內(nèi)阻由無(wú)窮大變?yōu)楹苄?;低壓管子在關(guān)斷過(guò)程中,DS內(nèi)阻由很小變?yōu)闊o(wú)窮大。
結(jié)論:
低壓大電流的系統(tǒng),管子的關(guān)斷比較難做;
高壓小電流的系統(tǒng),管子的開通比較難做。
高壓管子開通時(shí),為什么震蕩呢?除了dv/dt引起的以外,還會(huì)由于LC引起的震蕩,L是走線電感以及MOSFET的內(nèi)部寄生電感;C就是Cgs和Cgd。這個(gè)震蕩是沒有辦法根除的,只有減小這個(gè)震蕩。這與柵極驅(qū)動(dòng)電路走線和地的處理都有關(guān)系的;還與整個(gè)驅(qū)動(dòng)回路的大小有關(guān)系,回路要盡量短;還與Id電流有關(guān)系。
如果在米勒平臺(tái)區(qū)出現(xiàn)震蕩,那么管子就會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重,容易損壞,不能抗沖擊。所以,在GS電壓確定的時(shí)候,柵極驅(qū)動(dòng)電阻和米勒平臺(tái)時(shí)間的關(guān)系,很重要了。
柵極電阻的取值:
高壓管子:?柵極電阻?取百Ω級(jí),100R~330R。
分析:高壓管子內(nèi)部是有很多個(gè)小管子串的,所以GS電容偏小,那么,柵極驅(qū)動(dòng)電阻不能太小,否則平臺(tái)時(shí)間短,dv/dt容易引起震蕩,結(jié)果發(fā)熱更大。那么,需要有一個(gè)大一點(diǎn)的電阻,但也不能是KΩ級(jí)的,否則平臺(tái)時(shí)間按長(zhǎng),發(fā)熱也大。從另一方面說(shuō),米勒平臺(tái)是一個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域,希望快速通過(guò),所以Igs驅(qū)動(dòng)電流就要大。這個(gè)驅(qū)動(dòng)電流Igs要和柵極電阻以及米勒電容匹配好,一般都是100R~330R。