mos管工作原理(MOS自举式驱动电路原理)

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mos管工作原理(MOS自举驱动电路原理)

电机主控中使用的MOS电路基本都是桥式逆变拓扑,目前这类技术资源网络场景中专门使用的驱动芯片很多,基本都集成了内部最关键的驱动主控结构,我们只要按照他们推荐的外围电路搭建就可以完美使用。

电路原理:

如上图所示,Q1和Q2在做高低管工作时,只能接通一根管子,同时接通会导致电源直接对地短路,直接炸掉管子。VS接负载,电压浮动。下管接通时,VS拉至GND,也可认为是负压VN;当上管导通时,VS被拉到DC源的主电压。

驱动MOS管完全导通的电压约为15V,也就是说,MOS管的GS应坚持稳定的15V左右的电压差。由于VS的端电压是浮动的,所以Q1的栅极电压也应该叠加在VS上,并随着VS的变化而变化,这样VGS的电压差就始终稳定,从而可以正常驱动上MOS晶体管。如何坚持这个压差取决于自举电容Cboot和自举二极管Dboot。

电路分析:

当下部晶体管Q2导通时,自举电容器立即被电源电压VDD通过自举二极管充电。

当上驱动管Q1接通时,驱动芯片的内部结构如下图所示。也是一组控制输出驱动的高低MOS管。通过打开上部内部金属氧化物半导体,自举电容器通过它向上部外部驱动管GS供电。关断时,下内部MOS导通,使外部驱动MOS管GS的寄生电容有放电路径,从而达到快速关断的目的。(电阻Rboot用于限制充电周期内的电流,二极管Dboot用于防止上管完全导通时电容通过电源电路放电)

这是所有电路的基本原理,但有两个问题:

1.用于初始化和有限充电的自举电容。

启动时,在某些条件下,自举二极管可能处于反向偏置,上管Q1导通时间不足,自举电容无法坚持所需的电荷,导致驱动能力不足。如图所示,这个问题可以通过在Vdc和自举电阻之间串联一个启动电阻Rstart并在上电时对自举电阻充电来解决。

2.VS端的负压问题

当上管断开时,我们负载电机的线圈中会产生感应电动势,线圈中的电流会阻止电流的下降,所以它会瞬间切换到下管的体二极管上续流。由于寄生电感Ls1和Ls2的存在,VS会感应出负压,为VS=-Ls*di/dt,大小取决于寄生电感Ls。

如果VS的幅度过大,又会出现三个问题。

①自举电容过压;Cboot的压降等于VDD-VS,VS为负压,这意味着负压越大,电容两端的电压差越大。

②当负压超过驱动芯片的极限电压时,芯片也会被破坏。

③上管Q1的Vgs等于VG-VS,因为此时上管关断,所以Vg=0,这意味着VGS的幅度等于VS的绝对值,当这个值超过MOS管的阈值电压时,上管导通,高低管同时导通,管爆裂。

解决方案计划

(1)自举二极管前的限流电阻不宜过大,一般为5-10,用于限制自举电容充电技术资源网络的电流,防止充电过多时电流受损,同时缓解VS端负电压带来的影响。自举电容也可以并联一个齐纳二极管,防止MOS管的浪涌电流破坏技术资源网络,同时使电容两端的电压更加稳定。

②可以在下管Q2的DS之间并联一个低压差的肖特基二极管。上管关断时,VS产生的负压会被夹住,一般管道压降为0.7V VS负压限制在-0.7V..

总结:

1.由于上管的打开需要自举电容放电,为了保证上端的正常切换,需要调整PWM为自举电容预留充电时间。

2.一般最好选择无电感或低电感的自举电容。此外,PCB布局上的充放电电路应尽可能短,以减少布线的寄生管,避免LC振荡。

3.自举二极管Dboot一般考虑导通电流和反向耐受电压。自举二极管用于给自举电容充电。上管导通时,受到与MOS管漏极相同的电压,因此二极管的反向电压大于电源电压。如果VS为负压,则反向耐压大于VP+负压的电压之和。一般选择反向耐压和反向恢复光学性能好的快恢复二极管。