MOSFET di/dt和dv/dt分開控制方法-KIA MOS管

功率 MOSFET 的開關(guān)過程

功率 MOSFET 的開通過程中可以分為 4 個階段，關(guān)斷過程的基本原理和開通過程相類似，以前的文章對其進行過非常詳細的敘述，N 溝道功率 MOSFET 放在低端直接驅(qū)動的波形如圖 1 所示。

MOSFET di/dt dv/dt

圖 1：功率 MOSFET 的開通過程

階段 3（t2-t3）為米勒平臺，VGS 電壓保持米勒平臺電壓 VGP，整個過程中，VDS 電壓逐漸下降到低的電壓值，ID 電流保持不變。

MOSFET di/dt dv/dt

若功率 MOSFET 使用 N 管或 P 管放在高端，工作原理類似，工作的波形如下圖 2 所示。

MOSFET di/dt dv/dt

圖 2：N-MOSFET 放在高端的開通波形

MOSFET di/dt dv/dt

圖 3：P-MOSFET 放在高端

MOSFET di/dt dv/dt

圖 4：P-MOSFET 放在高端開通波形

di/dt 和 dV/dt 的分開獨立控制

由前面的分析可以知道，在階段 2：t1-t2 的開通過程中，漏極電流 ID 不斷增加，VDS 保持不變，這個過程主要控制著回路的電流變化率 di/dt。

在驅(qū)動電源 VCC 和驅(qū)動芯片的驅(qū)動能力確定的條件下，驅(qū)動電路的 RG 以及 Ciss 決定著開通過程的電流變化率 di/dt。外加 G、S 的電容 CGS1 調(diào)節(jié)開通過程的 di/dt 的波形如圖 5 所示。

MOSFET di/dt dv/dt

圖 5：外加 G、S 電容 CGS1 開通波形

在階段 3：t2-t3 的開通過程中，漏極電流 ID 保持不變，VDS 不斷降低，這個過程主要控制著回路的電壓變化率 dV/dt。在驅(qū)動電源 VCC 和驅(qū)動芯片的驅(qū)動能力確定的條件下，驅(qū)動電路的 RG 以及 Crss 決定著開通過程的電壓變化率 dV/dt。

實際應(yīng)用過程中，功率 MOSFET 的 Crss 非常小，而且是非線性的，隨著電壓的變化而變化，變化的幅值也非常大，單獨用 Crss 和 RG 來控制 dV/dt，dV/dt 控制精度差。

如果系統(tǒng)的 dV/dt 控制精度要求比較高，也就是輸出電壓的上電時間的控制精度要求比較高，而且上電時間也比較長，需要在 G 極和 D 極之間外加一個的電容 CGD1，CGD1 值遠大于 Crss，功率 MOSFET 內(nèi)部寄生的非線性電容 Crss 的影響可以忽略，dV/dt 的時間主要由外加的線性度好的外加電容 CGD1 控制，就可以比較準確的控制功率 MOSFET 的 dV/dt 的時間。

MOSFET di/dt dv/dt

圖 6：外加 G、D 電容 CGD1 開通波形

完整的外圍電路，包括 G 極電阻總和 RG，RG 并聯(lián)快關(guān)斷二極管 D1，功率 MOSFET 的 G、S 外加電容 CGS1，G、D 外加電容 CGD1 和電阻 RGD，如圖 7 所示，其中 RG 為 G 極電阻總和，包括功率 MOSFET 內(nèi)部電阻、驅(qū)動芯片上拉電阻和外加串聯(lián)電阻 RG1。

MOSFET di/dt dv/dt

圖 7：負載開關(guān)和熱插撥完整外圍電路

本文所介紹的 di/dt 、dV/dt 分開單獨控制的方法同樣可以用在其它系統(tǒng)，特別是電機控制應(yīng)用，在電機控制系統(tǒng)的主功率板，功率 MOSFET 或 IGBT 的驅(qū)動電路并聯(lián)有外部的電容 CGS 或 CGE，其調(diào)節(jié)方法和上面相同：

（1）通過調(diào)整驅(qū)動電路的 RG，來調(diào)整回路的 dV/dt

（2）然后調(diào)整驅(qū)動電路的并聯(lián)電容 CGS，來調(diào)整回路的 di/dt

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