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有关MOSFET驱动问题

1.MOSFET驱动前面都有一个电阻.那个电阻取值是怎么得来的?是根据MOSFET大小来决定的? 取大取小对MOSFET和电源会发生什么问题?


2.G和S极之间为什么要接一个电阻?作用是什么?取大取小对MOSFET和电源会发生什么问题?


 


希望说得更明白一点.谢谢 !


 

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LV.1
2
2010-05-30 21:26

看来好心人还是少..

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2010-05-31 10:28

MOSFET是电压性驱动元件, 不需要大电流驱动,但由于存在结电容, 每个开关周期都需要对结电容Ciss,Cgd充放电, 串联在栅极的电阻大小, 就决定了对结电容充和放电速度. 电阻小的话,就充放电峰值电流大, 开关速度快. MOSFET的开关损耗小. 但是EMI一般会变差. 同时要注意驱动电路元件的电流使用率会高. 反之亦然.


所以这个串联电阻跟驱动电压, 结电容, 驱动电路元件载流能力是相关的, 一般取4.7-100ohm.


至于, G和S间的并联电阻, 是针对MOSFET的G和S间的高输入阻抗而加的, 因为高阻抗相对于空间寄生电容来说, 也可能藕合到足够高的NOISE信号在G和S上.这个NOISE信号有可能异常开通MOSFET. 假如驱动电路在关断的时候不能保证把G用低阻抗拉到S, 就需要这个电阻了. 另外, 这个电阻也可以防止静态不通电时的ESD损坏. 这个电阻一般取10K-100Kohm.


 


其实,这些是基础的知识, 你可以再看下<<模拟电子技术基础>>这本书.

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真武阁
LV.6
4
2010-05-31 10:39
@
看来好心人还是少..[图片]

1:“缓冲”电阻,2个作用,减缓驱动器的电流上升速率和减慢MOS的开通时间,这2件事都是为了减低EMI(对于硬开关而言),但代价是减低了效率,显然电阻也越大该环节的EMC越好,损耗也越大,掂量着用就是了,一般在数Ω到数十欧姆选用(很多情况下在电阻2端并一个反向二极管以加速MOS的关断)。选用低Qg的MOS可以减少这个电阻的困扰。


2:放电电阻,保证MOS在工作之前栅极的静电被泄放,以避免上电时MOS因静电处于导通(非控制的)状态而带来灾祸(炸机),这个电阻万万不可忽视,一般在10k-100k选用。


其他楼下补充

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2010-05-31 13:56
@deep_thought
MOSFET是电压性驱动元件,不需要大电流驱动,但由于存在结电容,每个开关周期都需要对结电容Ciss,Cgd充放电,串联在栅极的电阻大小,就决定了对结电容充和放电速度.电阻小的话,就充放电峰值电流大,开关速度快.MOSFET的开关损耗小.但是EMI一般会变差. 同时要注意驱动电路元件的电流使用率会高.反之亦然.所以这个串联电阻跟驱动电压,结电容,驱动电路元件载流能力是相关的,一般取4.7-100ohm.至于,G和S间的并联电阻,是针对MOSFET的G和S间的高输入阻抗而加的,因为高阻抗相对于空间寄生电容来说,也可能藕合到足够高的NOISE信号在G和S上.这个NOISE信号有可能异常开通MOSFET.假如驱动电路在关断的时候不能保证把G用低阻抗拉到S,就需要这个电阻了.另外,这个电阻也可以防止静态不通电时的ESD损坏.这个电阻一般取10K-100Kohm. 其实,这些是基础的知识,你可以再看下这本书.
这个电阻很关键。有关栅极电阻的PDF资料吗?英文的也可以。谢谢!
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jxzsbing
LV.3
6
2010-05-31 14:55
@feimeng115
这个电阻很关键。有关栅极电阻的PDF资料吗?英文的也可以。谢谢!

学习了.谢谢

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LV.1
7
2010-06-01 17:53
@真武阁
1:“缓冲”电阻,2个作用,减缓驱动器的电流上升速率和减慢MOS的开通时间,这2件事都是为了减低EMI(对于硬开关而言),但代价是减低了效率,显然电阻也越大该环节的EMC越好,损耗也越大,掂量着用就是了,一般在数Ω到数十欧姆选用(很多情况下在电阻2端并一个反向二极管以加速MOS的关断)。选用低Qg的MOS可以减少这个电阻的困扰。2:放电电阻,保证MOS在工作之前栅极的静电被泄放,以避免上电时MOS因静电处于导通(非控制的)状态而带来灾祸(炸机),这个电阻万万不可忽视,一般在10k-100k选用。其他楼下补充[图片]

谢谢了,,以前只知道选用,不知道作用是什么。现在知道了。谢谢

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LV.1
8
2010-06-01 17:56
@deep_thought
MOSFET是电压性驱动元件,不需要大电流驱动,但由于存在结电容,每个开关周期都需要对结电容Ciss,Cgd充放电,串联在栅极的电阻大小,就决定了对结电容充和放电速度.电阻小的话,就充放电峰值电流大,开关速度快.MOSFET的开关损耗小.但是EMI一般会变差. 同时要注意驱动电路元件的电流使用率会高.反之亦然.所以这个串联电阻跟驱动电压,结电容,驱动电路元件载流能力是相关的,一般取4.7-100ohm.至于,G和S间的并联电阻,是针对MOSFET的G和S间的高输入阻抗而加的,因为高阻抗相对于空间寄生电容来说,也可能藕合到足够高的NOISE信号在G和S上.这个NOISE信号有可能异常开通MOSFET.假如驱动电路在关断的时候不能保证把G用低阻抗拉到S,就需要这个电阻了.另外,这个电阻也可以防止静态不通电时的ESD损坏.这个电阻一般取10K-100Kohm. 其实,这些是基础的知识,你可以再看下这本书.

谢谢,


以前只知道选用多大的。而不知道作用,谢谢!

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2010-06-01 18:04
@deep_thought
MOSFET是电压性驱动元件,不需要大电流驱动,但由于存在结电容,每个开关周期都需要对结电容Ciss,Cgd充放电,串联在栅极的电阻大小,就决定了对结电容充和放电速度.电阻小的话,就充放电峰值电流大,开关速度快.MOSFET的开关损耗小.但是EMI一般会变差. 同时要注意驱动电路元件的电流使用率会高.反之亦然.所以这个串联电阻跟驱动电压,结电容,驱动电路元件载流能力是相关的,一般取4.7-100ohm.至于,G和S间的并联电阻,是针对MOSFET的G和S间的高输入阻抗而加的,因为高阻抗相对于空间寄生电容来说,也可能藕合到足够高的NOISE信号在G和S上.这个NOISE信号有可能异常开通MOSFET.假如驱动电路在关断的时候不能保证把G用低阻抗拉到S,就需要这个电阻了.另外,这个电阻也可以防止静态不通电时的ESD损坏.这个电阻一般取10K-100Kohm. 其实,这些是基础的知识,你可以再看下这本书.

其实,这些是基础的知识, 你可以再看下<<模拟电子技术基础>>这本书.


这本书上没有这些吧。。。。。。。。。。

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2010-06-02 08:11
@lilycowboy
其实,这些是基础的知识,你可以再看下这本书.这本书上没有这些吧。。。。。。。。。。
书上有介绍MOSFET的原理和应用方法. 再结合通用MOSFET的制造商的规格书一起看, 就明白了.
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fzp121
LV.1
11
2010-09-11 19:28
@deep_thought
MOSFET是电压性驱动元件,不需要大电流驱动,但由于存在结电容,每个开关周期都需要对结电容Ciss,Cgd充放电,串联在栅极的电阻大小,就决定了对结电容充和放电速度.电阻小的话,就充放电峰值电流大,开关速度快.MOSFET的开关损耗小.但是EMI一般会变差. 同时要注意驱动电路元件的电流使用率会高.反之亦然.所以这个串联电阻跟驱动电压,结电容,驱动电路元件载流能力是相关的,一般取4.7-100ohm.至于,G和S间的并联电阻,是针对MOSFET的G和S间的高输入阻抗而加的,因为高阻抗相对于空间寄生电容来说,也可能藕合到足够高的NOISE信号在G和S上.这个NOISE信号有可能异常开通MOSFET.假如驱动电路在关断的时候不能保证把G用低阻抗拉到S,就需要这个电阻了.另外,这个电阻也可以防止静态不通电时的ESD损坏.这个电阻一般取10K-100Kohm. 其实,这些是基础的知识,你可以再看下这本书.
今天也学习了,感谢ing
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liuhou
LV.9
12
2010-09-23 19:34
@fzp121
今天也学习了,感谢ing

给你参考下。

 

关于MOSFET驱动电阻的选择

等效驱动电路:

LPCB走线电感,根据他人经验其值为直走线1nH/mm,考虑其他走线因素,取L=Length+10nH),其中Length单位取mm

Rg为栅极驱动电阻,设驱动信号为12V峰值的方波。

CgsMOSFET栅源极电容,不同的管子及不同的驱动电压时会不一样,这儿取1nF

VL+VRg+VCgs=12V

令驱动电流

得到关于Cgs上的驱动电压微分方程:

用拉普拉斯变换得到变换函数:

这是个3阶系统,当其极点为3个不同实根时是个过阻尼震荡,有两个相同实根时是临界阻尼震荡,当有虚根时是欠阻尼震荡,此时会在MOSFET栅极产生上下震荡的波形,这是我们不希望看到的,因此栅极电阻Rg阻值的选择要使其工作在临界阻尼和过阻尼状态,考虑到参数误差实际上都是工作在过阻尼状态。

根据以上得到 ,因此根据走线长度可以得到Rg最小取值范围。

分别考虑20mm70mm长的走线: L20=30nHL70=80nH Rg20=8.94Ω,Rg70=17.89Ω,

以下分别是电压电流波形:

 

驱动电压:

驱动电流:

可以看到当Rg比较小时驱动电压上冲会比较高,震荡比较多,L越大越明显,此时会对MOSFET及其他器件性能产生影响。但是阻值过大时驱动波形上升比较慢,当MOSFET有较大电流通过时会有不利影响。

此外也要看到,当L比较小时,此时驱动电流的峰值比较大,而一般IC的驱动电流输出能力都是有一定限制的,当实际驱动电流达到IC输出的最大值时,此时IC输出相当于一个恒流源,对Cgs线性充电,驱动电压波形的上升率会变慢。电流曲线就可能如左图所示(此时由于电流不变,电感不起作用)。这样可能会对IC的可靠性产生影响,电压波形上升段可能会产生一个小的台阶或毛刺。

 

 

       一般ICPWM OUT输出如左图所示,内部集成了限流电阻RsourceRsink,通常Rsource>Rsink,具体数值大小同IC的峰值驱动输出能力有关,可以近似认为R=Vcc/Ipeak。一般IC的驱动输出能力在0.5A左右,因此Rsource20Ω左右。

       由前面的电压电流曲线可以看到一般的应用中IC的驱动可以直接驱动MOSFET,但是考虑到通常驱动走线不是直线,感量可能会更大,并且为了防止外部干扰,还是要使用Rg驱动电阻进行抑制。考虑到走线分布电容的影响,这个电阻要尽量靠近MOSFET的栅极。

关于RgL对于上升时间的影响:(Cgs=1nFVCgs=0.9*Vdrive)

TR(nS)

19

49

230

20

45

229

Rg(ohm)

10

22

100

10

22

100

L(nH)

30

30

30

80

80

80

可以看到L对上升时间的影响比较小,主要还是Rg影响比较大。上升时间可以用2*Rg*Cgs来近似估算,通常上升时间小于导通时间的二十分之一时,MOSFET开关导通时的损耗不致于会太大造成发热问题,因此当MOSFET的最小导通时间确定后Rg最大值也就确定了 ,一般Rg在取值范围内越小越好,但是考虑EMI的话可以适当取大。

       以上讨论的是MOSFET ON状态时电阻的选择,在MOSFET OFF状态时为了保证栅极电荷快速泻放,此时阻值要尽量小,这也是Rsink的原因。通常为了保证快速泻放,在Rg上可以并联一个二极管。当泻放电阻过小,由于走线电感的原因也会引起谐振(因此有些应用中也会在这个二极管上串一个小电阻),但是由于二极管的反向电流不导通,此时Rg又参与反向谐振回路,因此可以抑制反向谐振的尖峰。这个二极管通常使用高频小信号管1N4148

      

实际使用中还要考虑MOSFET栅漏极还有个电容Cgd的影响,MOSFET ONRg还要对Cgd充电,会改变电压上升斜率,OFFVCC会通过CgdCgs充电,此时必须保证Cgs上的电荷快速放掉,否则会导致MOSFET的异常导通。

 

 

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my8567
LV.4
13
2010-09-24 10:29
@liuhou
给你参考下。 关于MOSFET驱动电阻的选择等效驱动电路:L为PCB走线电感,根据他人经验其值为直走线1nH/mm,考虑其他走线因素,取L=Length+10(nH),其中Length单位取mm。Rg为栅极驱动电阻,设驱动信号为12V峰值的方波。Cgs为MOSFET栅源极电容,不同的管子及不同的驱动电压时会不一样,这儿取1nF。VL+VRg+VCgs=12V令驱动电流得到关于Cgs上的驱动电压微分方程:用拉普拉斯变换得到变换函数:这是个3阶系统,当其极点为3个不同实根时是个过阻尼震荡,有两个相同实根时是临界阻尼震荡,当有虚根时是欠阻尼震荡,此时会在MOSFET栅极产生上下震荡的波形,这是我们不希望看到的,因此栅极电阻Rg阻值的选择要使其工作在临界阻尼和过阻尼状态,考虑到参数误差实际上都是工作在过阻尼状态。根据以上得到,因此根据走线长度可以得到Rg最小取值范围。分别考虑20m长m和70mm长的走线:L20=30nH,L70=80nH,则Rg20=8.94Ω,Rg70=17.89Ω,以下分别是电压电流波形: 驱动电压:驱动电流:可以看到当Rg比较小时驱动电压上冲会比较高,震荡比较多,L越大越明显,此时会对MOSFET及其他器件性能产生影响。但是阻值过大时驱动波形上升比较慢,当MOSFET有较大电流通过时会有不利影响。此外也要看到,当L比较小时,此时驱动电流的峰值比较大,而一般IC的驱动电流输出能力都是有一定限制的,当实际驱动电流达到IC输出的最大值时,此时IC输出相当于一个恒流源,对Cgs线性充电,驱动电压波形的上升率会变慢。电流曲线就可能如左图所示(此时由于电流不变,电感不起作用)。这样可能会对IC的可靠性产生影响,电压波形上升段可能会产生一个小的台阶或毛刺。        一般IC的PWMOUT输出如左图所示,内部集成了限流电阻Rsource和Rsink,通常Rsource>Rsink,具体数值大小同IC的峰值驱动输出能力有关,可以近似认为R=Vcc/Ipeak。一般IC的驱动输出能力在0.5A左右,因此Rsource在20Ω左右。      由前面的电压电流曲线可以看到一般的应用中IC的驱动可以直接驱动MOSFET,但是考虑到通常驱动走线不是直线,感量可能会更大,并且为了防止外部干扰,还是要使用Rg驱动电阻进行抑制。考虑到走线分布电容的影响,这个电阻要尽量靠近MOSFET的栅极。关于Rg、L对于上升时间的影响:(Cgs=1nF,VCgs=0.9*Vdrive)TR(nS)19492302045229Rg(ohm)10221001022100L(nH)303030808080可以看到L对上升时间的影响比较小,主要还是Rg影响比较大。上升时间可以用2*Rg*Cgs来近似估算,通常上升时间小于导通时间的二十分之一时,MOSFET开关导通时的损耗不致于会太大造成发热问题,因此当MOSFET的最小导通时间确定后Rg最大值也就确定了,一般Rg在取值范围内越小越好,但是考虑EMI的话可以适当取大。      以上讨论的是MOSFETON状态时电阻的选择,在MOSFETOFF状态时为了保证栅极电荷快速泻放,此时阻值要尽量小,这也是Rsink
学习
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MYLAPLACE
LV.5
14
2010-09-24 10:33
@真武阁
1:“缓冲”电阻,2个作用,减缓驱动器的电流上升速率和减慢MOS的开通时间,这2件事都是为了减低EMI(对于硬开关而言),但代价是减低了效率,显然电阻也越大该环节的EMC越好,损耗也越大,掂量着用就是了,一般在数Ω到数十欧姆选用(很多情况下在电阻2端并一个反向二极管以加速MOS的关断)。选用低Qg的MOS可以减少这个电阻的困扰。2:放电电阻,保证MOS在工作之前栅极的静电被泄放,以避免上电时MOS因静电处于导通(非控制的)状态而带来灾祸(炸机),这个电阻万万不可忽视,一般在10k-100k选用。其他楼下补充[图片]

说的不错,学习了。

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holyfaith
LV.8
15
2010-09-24 15:14
@deep_thought
MOSFET是电压性驱动元件,不需要大电流驱动,但由于存在结电容,每个开关周期都需要对结电容Ciss,Cgd充放电,串联在栅极的电阻大小,就决定了对结电容充和放电速度.电阻小的话,就充放电峰值电流大,开关速度快.MOSFET的开关损耗小.但是EMI一般会变差. 同时要注意驱动电路元件的电流使用率会高.反之亦然.所以这个串联电阻跟驱动电压,结电容,驱动电路元件载流能力是相关的,一般取4.7-100ohm.至于,G和S间的并联电阻,是针对MOSFET的G和S间的高输入阻抗而加的,因为高阻抗相对于空间寄生电容来说,也可能藕合到足够高的NOISE信号在G和S上.这个NOISE信号有可能异常开通MOSFET.假如驱动电路在关断的时候不能保证把G用低阻抗拉到S,就需要这个电阻了.另外,这个电阻也可以防止静态不通电时的ESD损坏.这个电阻一般取10K-100Kohm. 其实,这些是基础的知识,你可以再看下这本书.

驱动信号到G之间有个引线电感,和GS之间的电容之间形成LC震荡,所以要加R来阻尼这个震荡

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斗木獬
LV.2
16
2011-06-08 20:12
MOSFET介紹 可以參考一下附件,有相關的說明和仿真。
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lumyao
LV.3
17
2012-06-20 23:14
@斗木獬
[图片]MOSFET介紹 可以參考一下附件,有相關的說明和仿真。

谢谢分享。

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