基于MOSFET設計優(yōu)化的功率驅動電路
2 功率MOSFET熱不穩(wěn)定性
如下圖3所示MOSFET處于飽和區(qū)時漏極電流和柵極電樂的關系曲線,用公式可表示為:
ID=K(VGS-VTH)2
其中,對于特定的MOSFET,K為常數(shù)。因此,MOSFET處于飽和狀態(tài)時ID與VGS是平方的關系。本文引用地址:http://www.bjwjmy.cn/article/175854.htm
由圖3可知,當MOSFET處于飽和區(qū)并且IDID0時,隨溫度的變化是正溫度系數(shù),而ID>ID0時,ID隨溫度的變化是負溫度系數(shù)。因為MOSFET是由很多小的單元組成,當IDID0且處于飽和區(qū)時,如果部分單元溫度偏高,那么這些單元會趨向流過更多的電流,繼而溫度會更高,因此這是一個正反饋過程,MOSFET最終會因為局部過熱而損壞。由于功率MOSFET在開通和關斷的過程中是工作在飽和區(qū),因此應提高開關速度,縮短這樣的熱不穩(wěn)定過程。
3 應用電路實例分析
在實際的驅動電路設計過程中采用控制芯片MC33035驅動,PWM在下橋臂。當MOSFET管IRF250關斷時,柵極通過電阻R6和MC33035的下驅
動對地直接放電。由于MOSFET管在關斷時電流迅速減小,回在PCB和電流檢測電阻的寄生電感上產(chǎn)生感應電勢,感應電勢的大小,方向如紅線所示。這樣會使MOSFET管的源極和MC33035驅動的參考電壓發(fā)生相對變化,這種變化降低了MC33035相對于IRF250管源極的的驅動電壓,從而降低了驅動能力,使關斷速度變慢。
在實際電路測得、以及MC33035的輸出波形圖中發(fā)現(xiàn),當VGS低于某一數(shù)值之后,由于反電勢的影響,驅動線路已經(jīng)幾乎不能通過電阻R6給柵極提供放電電流,導致MOSFET的關斷變慢。同時分別在在不同的開關頻率下,檢測MOSFET管的發(fā)熱情況??梢詮臄?shù)據(jù)中總結出,在慢速開關情況下MOSFET的局部溫度要高于快速開關情況下的溫度,過慢的開關速度會導致MOSFET因局部溫度過高而提前失效。
4 結束語
通過具體電路的實驗,可以總結出過慢的開關頻率會增加MOSFET的開關損耗,同時由于柵極RC網(wǎng)絡延遲和MOSFET本身的熱不穩(wěn)定性產(chǎn)生局部過熱,使MOSFET提前失效。過快的開關速度產(chǎn)生較大的導通的浪涌電流以及開關躁聲及電壓尖峰。設計驅動線路和PCB布線時,減小主回路PCB和電流檢測電阻的寄生電感對開關波形的影響,布線時應使大電流環(huán)路盡量小并且使用較寬的走線。
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