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干貨|MOS管驅動電路設計,如何讓MOS管快速開啟和關閉?
關于MOS管驅動電路設計,本文談一談如何讓MOS管快速開啟和關閉。
一般認為MOSFET(MOS管)是電壓驅動的,不需要驅動電流。然而,在MOS管的G極和S極之間有結電容存在,這個電容會讓驅動MOS變的不那么簡單。
下圖的3個電容為MOS管的結電容,電感為電路走線的寄生電感:
如果不考慮紋波、EMI和沖擊電流等要求的話,MOS管開關速度越快越好。因為開關時間越短,開關損耗越小,而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分,因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。
怎么做到MOS管的快速開啟和關閉呢?
對于一個MOS管,如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短,那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似,如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短,那么MOS管關斷的速度也就越快。
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關于MOS管驅動電路設計,本文談一談如何讓MOS管快速開啟和關閉。
一般認為MOSFET(MOS管)是電壓驅動的,不需要驅動電流。然而,在MOS管的G極和S極之間有結電容存在,這個電容會讓驅動MOS變的不那么簡單。
下圖的3個電容為MOS管的結電容,電感為電路走線的寄生電感:
如果不考慮紋波、EMI和沖擊電流等要求的話,MOS管開關速度越快越好。因為開關時間越短,開關損耗越小,而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分,因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。
怎么做到MOS管的快速開啟和關閉呢?
對于一個MOS管,如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短,那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似,如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短,那么MOS管關斷的速度也就越快。
由此我們可以知道,如果想在更短的時間內把GS電壓拉高或者拉低,就要給MOS管柵極更大的瞬間驅動電流。
大家常用的PWM芯片輸出直接驅動MOS或者用三極管放大后再驅動MOS的方法,其實在瞬間驅動電流這塊是有很大缺陷的。
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一般認為MOSFET(MOS管)是電壓驅動的,不需要驅動電流。然而,在MOS管的G極和S極之間有結電容存在,這個電容會讓驅動MOS變的不那么簡單。
下圖的3個電容為MOS管的結電容,電感為電路走線的寄生電感:
如果不考慮紋波、EMI和沖擊電流等要求的話,MOS管開關速度越快越好。因為開關時間越短,開關損耗越小,而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分,因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。
怎么做到MOS管的快速開啟和關閉呢?
對于一個MOS管,如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短,那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似,如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短,那么MOS管關斷的速度也就越快。
由此我們可以知道,如果想在更短的時間內把GS電壓拉高或者拉低,就要給MOS管柵極更大的瞬間驅動電流。
大家常用的PWM芯片輸出直接驅動MOS或者用三極管放大后再驅動MOS的方法,其實在瞬間驅動電流這塊是有很大缺陷的。
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一般認為MOSFET(MOS管)是電壓驅動的,不需要驅動電流。然而,在MOS管的G極和S極之間有結電容存在,這個電容會讓驅動MOS變的不那么簡單。
下圖的3個電容為MOS管的結電容,電感為電路走線的寄生電感:
如果不考慮紋波、EMI和沖擊電流等要求的話,MOS管開關速度越快越好。
因為開關時間越短,開關損耗越小,而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分,因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。
怎么做到MOS管的快速開啟和關閉呢?
對于一個MOS管,如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短,那么MOS管開啟的速度就會越快。
與此類似,如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短,那么MOS管關斷的速度也就越快。
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干貨|MOS管驅動電路設計,如何讓MOS管快速開啟和關閉?
一般認為MOSFET(MOS管)是電壓驅動的,不需要驅動電流。然而,在MOS管的G極和S極之間有結電容存在,這個電容會讓驅動MOS變的不那么簡單。
下圖的3個電容為MOS管的結電容,電感為電路走線的寄生電感:
如果不考慮紋波、EMI和沖擊電流等要求的話,MOS管開關速度越快越好。因為開關時間越短,開關損耗越小,而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分,因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。
怎么做到MOS管的快速開啟和關閉呢?
對于一個MOS管,如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短,那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似,如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短,那么MOS管關斷的速度也就越快。
由此我們可以知道,如果想在更短的時間內把GS電壓拉高或者拉低,就要給MOS管柵極更大的瞬間驅動電流。
展開 干貨|大神分享mos管驅動電路設計
圖3:mos關斷時的對應電流
該電流igd會流過驅動電阻Rg,在mos管GS之間又引入一個電壓,當該電壓高于mos管的門檻電壓Vth時,mos管會誤開通,為了防止mos管誤開通,應當滿足:
由上式解得:
式(6)給出了驅動電阻Rg的上限值,式(6)中Cgd為mos管gd的寄生電容,Vth為mos管的門檻電壓,均可以在對應的datasheet中查到,dV/dt則可以根據電路實際工作時mos的DS電壓和mos管關斷時DS電壓上升時間(該時間一般在datasheet中也能查到)求得。
從上面的分析可以看到,在mos管關斷時,為了防止誤開通,應當盡量減小關斷時驅動回路的阻抗。基于這一思想,下面再給出兩種很常用的改進型電路,可以有效地避免關斷時mos的誤開通問題。
圖4:改進電路1
圖4給出的改進電路1是在驅動電阻上反并聯了一個二極管,當mos關斷時,關斷電流就會流經二極管Doff,這樣mos管gs的電壓就為二極管的導通壓降,一般為0.7V,遠小于mos的門檻電壓(一般為2.5V以上),有效地避免了mos的誤開通。
圖5:改進電路2
圖5給出的改進電路2是在驅動電路上加入了一個開通二極管Don和關斷三級管Qoff。當mos關斷時,Qoff打開,關斷電流就會流經該三極管Qoff,這樣mos管gs的電壓就被鉗位至地電平附近,從而有效地避免了mos的誤開通。
1.3、驅動電阻阻值的選擇
根據1.1節和1.2節的分析,就可以求得mos管驅動電阻的上限值和下限值,一般來說,mos管驅動電阻的取值范圍在5~100歐姆之間,那么在這個范圍內如何進一步優化阻值的選取呢?
展開 碳化硅MOS/超高壓MOS在電焊機上的應用-REASUNOS瑞森半導體
家用焊機和工業焊機MOS管選型
二、典型應用拓撲圖
單相逆變線電路
單相逆變線電路
三相逆變線電路
三相逆變線電路
三、典型應用及選型推薦
單相逆變線電路
在220V 輸入前提下,采用單相逆變電路,推薦使用瑞森半導體高壓MOS系列:
新型的橫向變摻雜技術;
專有的功率MOS結構;
高溫特性優良。
單相逆變線路的電焊機推薦高壓MOS系列
三相逆變線電路
輸入電壓由單相220V AC變成三相380V AC后,原用500V系列已經無法滿足要求,推薦使用瑞森半導體超高壓MOS系列:
損耗低,穩定性強;
較低的開關速度達到更好的EMI兼容性;
耐高壓、大電流、可完全實現進口替代。
三相逆變線路的電焊機推薦超高壓MOS
除了超高壓MOS,三相逆變電路還可推薦選用1200V以上的碳化硅MOS系列來做開關管。
軍工研究所實驗室及CNAS實驗室驗證;
成功量產650V、1200V 、 1700V(國內領先);
具有競爭力的Ronsp,與1代產品相比,Ronsp減小20%,與2代產品相比更具競爭力。
三相逆變線路的電焊機推薦碳化硅MOS系列
展開 干貨 | 詳解MOS管和IGBT的區別
在電子電路中,MOS管和IGBT管會經常出現,它們都可以作為開關元件來使用,MOS管和IGBT管在外形及特性參數也比較相似。那為什么有些電路用MOS管,而有些電路用IGBT管?
下面我們就來了解一下,MOS管和IGBT管到底有什么區別吧!
1、什么是MOS管?
場效應管主要有兩種類型,分別是結型場效應管(JFET)和絕緣柵場效應管(MOS管)。
MOS管即MOSFET,中文全稱是金屬-氧化物半導體場效應晶體管,由于這種場效應管的柵極被絕緣層隔離,所以又叫絕緣柵場效應管。
MOSFET又可分為N溝耗盡型和增強型;P溝耗盡型和增強型四大類。
MOSFET種類與電路符號
有的MOSFET內部會有個二極管,這是體二極管,或者叫寄生二極管、續流二極管。
關于寄生二極管的作用,有兩種解釋:
MOSFET的寄生二極管,作用是防止VDD過壓的情況下,燒壞MOS管,因為在過壓對MOS管造成破壞之前,二極管先反向擊穿,將大電流直接到地,從而避免MOS管被燒壞。
防止MOS管的源極和漏極反接時燒壞MOS管,也可以在電路有反向感生電壓時,為反向感生電壓提供通路,避免反向感生電壓擊穿MOS管。
MOSFET具有輸入阻抗高、開關速度快、熱穩定性好、電壓控制電流等特性,在電路中,可以用作放大器、電子開關等用途。
2、什么是IGBT?
展開 《Materials Advances》:南洋理工大制備高效、可循環油水分離的3D多孔MoS2–PVP氣凝膠
MoS2是具有石墨烯狀結構的層狀過渡金屬二硫化物,在催化,電池和傳感器領域具有廣闊的前景。
近期,南洋理工大學使用冷凍干燥法成功地制造了3D MoS2-PVP氣凝膠。作為表面活性劑,PVP可以輕松地附著在MoS2納米片的表面,并促進納米片之間的相互連接。3D MoS2-PVP氣凝膠具有高吸附能力和強大的可回收性。經過30個循環后,通過擠壓和蒸餾,氣凝膠的結構和吸附能力保持在93.5%和92.9%,它可用作環境修復吸附材料。相關成果“A three-dimensional porous MoS2-PVP aerogel as a highly efficient and recyclable sorbent for oils and organic solvents”發表在《Materials Advances》。
結果與討論
圖1描繪了3D MoS2-PVP氣凝膠的組裝過程。兩親性PVP可用作支撐氣凝膠的框架。MoS2的橫向尺寸約為200-600 nm。相比于純的PVP,添加的MoS2 氣凝膠的比表面積增大。
圖 1 3D MoS 2 –PVP氣凝膠的組裝過程。
XRD圖證實PVP是無定形性質,且MoS2-PVP氣凝膠的強度比高于MoS2-PVP,說明PVP促進MoS 2納米片的剝離(圖2a-b)。FTIR光譜中,MoS2-PVP凝膠的特征峰藍移至3289、1686、1420和1131 cm-1,表明MoS 2和PVP之間的相互作用(圖2c-d)。
圖2 (a和b)MoS2,MoS2-PVP氣凝膠和PVP的XRD圖譜。(c和d)MoS2,MoS2 -PVP氣凝膠和PVP的FTIR光譜。
3D MoS2-PVP氣凝膠可以穩定地站立在花朵的表面(圖3a),且具有良好的疏水性。
展開 奧胡斯大學Nano Energy:可控地蝕刻MoS2 Basal面以增強其電化學析氫性能
【本文亮點】
(1)利用水蒸氣可控的對MoS2進行蝕刻。研究了MoS2不同層數上的蝕刻行為的溫度依賴性。通過控制蝕刻溫度,在MoS2 Basal面上觀察到1D(納米溝道),2D(單層三角形凹坑)和3D(六邊形深坑)的蝕刻行為。通過時間分辨蝕刻行為系統地研究了三種蝕刻機制。
(2)采用橫向力顯微鏡研究了蝕刻邊緣的原子分辨率結構。研究發現蝕刻邊緣表現出具有周期S邊緣/ Mo邊緣的新周期性結構。
(3)通過時間分辨原位TEM進一步研究了水蒸汽蝕刻機理,揭示了該方法在工業用高比表面積的MoS2納米顆粒上的潛在應用。
(4)通過在水蒸汽蝕刻的MoS2單片樣品上制備電化學microcell定量研究其催化活性。研究表明起始電位和Tafel斜率都顯著降低。
(5)采用DFT理論計算,詳細研究了蝕刻MoS2增強析氫效率的反應機理。
【引言】
二硫化鉬(MoS2)以其價格低廉,地球含量豐富及較高的催化效率而有望取代鉑催化劑而被應用于水分解領域。實驗和理論研究表明,其催化活性主要來自于MoS2的邊緣活性位點,然而MoS2 Basal面則體現出催化惰性的特征。因此,開發一種能有效激活MoS2 Basal面的合理方法是提高MoS2催化性能的關鍵。目前已報道了多種潛在的方法可以提高MoS2的催化活性,如引入缺陷,相轉變或者構建納米結構。在構建納米結構的MoS2方面,目前大多數研究主要采用自下而上(bottom-up method)的化學合成方法。相對而言,自上而下(top-down method)的方法研究的相對較少。本文采用水蒸氣作為蝕刻氣體,實現了對MoS2 Basal面的可控蝕刻。在MoS2 Basal面上可控的蝕刻,產生了1D, 2D 和3D的納米結構。
展開 干貨|如何讓MOS管快速開啟和關閉?
關于MOS管驅動電路設計,本文談一談如何讓MOS管快速開啟和關閉。
一般認為MOSFET(MOS管)是電壓驅動的,不需要驅動電流。
然而,在MOS管的G極和S極之間有結電容存在,這個電容會讓驅動MOS變的不那么簡單。
下圖的3個電容為MOS管的結電容,電感為電路走線的寄生電感:
如果不考慮紋波、EMI和沖擊電流等要求的話,MOS管開關速度越快越好。因為開關時間越短,開關損耗越小,而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分,因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。
怎么做到MOS管的快速開啟和關閉呢?
對于一個MOS管,如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短,那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似,如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短,那么MOS管關斷的速度也就越快。
由此我們可以知道,如果想在更短的時間內把GS電壓拉高或者拉低,就要給MOS管柵極更大的瞬間驅動電流。
展開 
MOS管:為什么Vgs上升時會有一個小平臺?
如下是一個NMOS的開關電路,階躍信號VG1設置DC電平2V,方波(振幅2V,頻率50Hz),T2的開啟電壓2V,所以MOS管T2會以周期T=20ms進行開啟和截止狀態的切換。
首先仿真Vgs和Vds的波形,會看到Vgs=2V的時候有一個
小平臺
,有人會好奇為什么Vgs在上升時會有一個小平臺?
MOS管Vgs小平臺
帶著這個疑問,我們嘗試將電阻R1由5K改為1K,再次仿真,發現這個平臺變得很小,幾乎沒有了,這又是為什么呢?
MOS管Vgs小平臺有改善
為了理解這種現象,需要理論知識的支撐。
MOS管的等效模型
我們通常看到的MOS管圖形是左邊這種,右邊的稱為MOS管的等效模型。
其中:Cgs稱為GS寄生電容,Cgd稱為GD寄生電容,輸入電容Ciss=Cgs+Cgd,輸出電容Coss=Cgd+Cds,反向傳輸電容Crss=Cgd,也叫米勒電容。
米勒效應的罪魁禍首就是米勒電容,米勒效應指其輸入輸出之間的分布電容Cgd在反相放大的作用下,使得等效輸入電容值放大的效應,米勒效應會形成米勒平臺。
首先我們需要知道的一個點是:因為MOS管制造工藝,必定產生Cgd,也就是米勒電容必定存在,所以米勒效應不可避免。
那米勒效應的缺點是什么呢?
MOS管的開啟是一個從無到有的過程,MOS管D極和S極重疊時間越長,MOS管的導通損耗越大。因為有了米勒電容,有了米勒平臺,MOS管的開啟時間變長,MOS管的導通損耗必定會增大。
展開 干貨 | 工程師不得不知的MOS管驅動電路設計細節
然而,在MOS的G S兩級之間有結電容存在,這個電容會讓驅動MOS變的不那么簡單。
如果不考慮紋波和EMI等要求的話,MOS管開關速度越快越好,因為開關時間越短,開關損耗越小,而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分,因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。
對于一個MOS管,如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短,那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似,如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短,那么MOS管關斷的速度也就越快。
由此我們可以知道,如果想在更短的時間內把GS電壓拉高或者拉低,就要給MOS管柵極更大的瞬間驅動電流。
大家常用的PWM芯片輸出直接驅動MOS或者用三極管放大后再驅動MOS的方法,其實在瞬間驅動電流這塊是有很大缺陷的。
比較好的方法是使用專用的MOSFET驅動芯片如TC4420來驅動MOS管,這類的芯片一般有很大的瞬間輸出電流,而且還兼容TTL電平輸入,MOSFET驅動芯片的內部結構如下:
MOS驅動電路設計需要注意的地方:
因為驅動線路走線會有寄生電感,而寄生電感和MOS管的結電容會組成一個LC振蕩電路,如果直接把驅動芯片的輸出端接到MOS管柵極的話,在PWM波的上升下降沿會產生很大的震蕩,導致MOS管急劇發熱甚至爆炸,一般的解決方法是在柵極串聯10歐左右的電阻,降低LC振蕩電路的Q值,使震蕩迅速衰減掉。
因為MOS管柵極高輸入阻抗的特性,一點點靜電或者干擾都可能導致MOS管誤導通,所以建議在MOS管G S之間并聯一個10K的電阻以降低輸入阻抗。
展開 MOS管和IGBT管有什么區別?
在電路設計中,MOS管和IGBT管會經常出現,它們都可以作為開關元件來使用,MOS管和IGBT管在外形及特性參數也比較相似,那為什么有些電路用MOS管?而有些電路用IGBT管?
下面我們就來了解一下,MOS管和IGBT管到底有什么區別吧!
什么是MOS管?
場效應管主要有兩種類型,分別是結型場效應管(JFET)和絕緣柵場效應管(MOS管)。
MOS管即MOSFET,中文全稱是金屬-氧化物半導體場效應晶體管,由于這種場效應管的柵極被絕緣層隔離,所以又叫絕緣柵場效應管。
MOSFET又可分為N溝耗盡型和增強型;P溝耗盡型和增強型四大類。
▲ MOSFET種類與電路符號
有的MOSFET內部會有個二極管,這是體二極管,或者叫寄生二極管、續流二極管。
關于寄生二極管的作用,有兩種解釋:
1、MOSFET的寄生二極管,作用是防止VDD過壓的情況下,燒壞MOS管,因為在過壓對MOS管造成破壞之前,二極管先反向擊穿,將大電流直接到地,從而避免MOS管被燒壞。
2、防止MOS管的源極和漏極反接時燒壞MOS管,也可以在電路有反向感生電壓時,為反向感生電壓提供通路,避免反向感生電壓擊穿MOS管。
MOSFET具有輸入阻抗高、開關速度快、熱穩定性好、電壓控制電流等特性,在電路中,可以用作放大器、電子開關等用途。
什么是IGBT?
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管,是由晶體三極管和MOS管組成的復合型半導體器件。
展開 MOS管和IGBT的區別
在電子電路中,MOS管和IGBT管會經常出現,它們都可以作為開關元件來使用,MOS管和IGBT管在外形及特性參數也比較相似。那為什么有些電路用MOS管,而有些電路用IGBT管?
下面我們就來了解一下,MOS管和IGBT管到底有什么區別吧!
1、什么是MOS管?
場效應管主要有兩種類型,分別是結型場效應管(JFET)和絕緣柵場效應管(MOS管)。
MOS管即MOSFET,中文全稱是金屬-氧化物半導體場效應晶體管,由于這種場效應管的柵極被絕緣層隔離,所以又叫絕緣柵場效應管。
MOSFET又可分為N溝耗盡型和增強型;P溝耗盡型和增強型四大類。
MOSFET種類與電路符號
有的MOSFET內部會有個二極管,這是體二極管,或者叫寄生二極管、續流二極管。
關于寄生二極管的作用,有兩種解釋:
MOSFET的寄生二極管,作用是防止VDD過壓的情況下,燒壞MOS管,因為在過壓對MOS管造成破壞之前,二極管先反向擊穿,將大電流直接到地,從而避免MOS管被燒壞。
防止MOS管的源極和漏極反接時燒壞MOS管,也可以在電路有反向感生電壓時,為反向感生電壓提供通路,避免反向感生電壓擊穿MOS管。
MOSFET具有輸入阻抗高、開關速度快、熱穩定性好、電壓控制電流等特性,在電路中,可以用作放大器、電子開關等用途。
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