汽车功率系统中的MOSFET与相关电路技术解析
1. MOSFET开关波形与安全工作区
1.1 MOSFET导通与关断波形
MOSFET在导通时,电流原本通过二极管流向负载,随后切换至MOSFET。根据二极管的选择,其恢复电流可能会给漏极电流增加额外电流。在漏源极电压降下降期间,栅极电压保持不变,被钳位在一个称为米勒平台的水平。整个开关过程在电路中的电流达到最大值 $I_0$ 很久之后才结束。
而在关断时,控制电压突然下降后,器件栅极电压缓慢降低,栅极电流释放电容电荷。当栅极电压达到米勒平台阈值时,集电极电压开始上升,同时栅极电压保持恒定。当漏源极电压达到电路中的最大电压(通常为电源电压)时,集电极电流开始下降,栅极电压同时向控制电压降低。
1.2 安全工作区(SOA)
MOSFET器件具有理想的矩形安全工作区(SOA)。在实际电路中,由于存在开关电感(受控电路的串联电感),工作点会沿着特定轨迹分布。合理的设计要求这些工作点位于数据手册中所示的矩形SOA内。
2. 栅极驱动要求
2.1 基本要求
对于应用工程师来说,控制电路的要求至关重要。增强型MOSFET需要与漏极电压极性相同的栅极电压。栅极控制电压 $V_{GS}$ 应加以限制,以保护栅极和源极区域之间的氧化硅层。需要设计低阻抗的栅极电路,以避免过电压。若出现过电压,可在齐纳二极管和栅极之间插入一个小电阻后,用齐纳二极管提供保护,防止振荡。
栅极驱动器的电源电压通常为10 - 30 V,对于“逻辑电平MOSFET”则为4.5 V。尽管栅极电路的峰值电流较大,但由于平均电流很低,功耗可能非常低
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