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  • MOSFET di/dt与dv/dt分开控制方法介绍
    • 发布时间:2022-11-17 19:37:15
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    MOSFET di/dt与dv/dt分开控制方法介绍
    功率 MOSFET 的开关过程
    功率 MOSFET 的开通过程中可以分为 4 个阶段,关断过程的基本原理和开通过程相类似,以前的文章对其进行过非常详细的叙述,N 沟道功率 MOSFET 放在低端直接驱动的波形如图 1 所示。
    MOSFET di/dt dv/dt
    图 1:功率 MOSFET 的开通过程
    阶段 3(t2-t3)为米勒平台,VGS 电压保持米勒平台电压 VGP,整个过程中,VDS 电压逐渐下降到低的电压值,ID 电流保持不变。
    MOSFET di/dt dv/dt
    若功率 MOSFET 使用 N 管或 P 管放在高端,工作原理类似,工作的波形如下图 2 所示。
    MOSFET di/dt dv/dt
    图 2:N-MOSFET 放在高端的开通波形
    MOSFET di/dt dv/dt
    图 3:P-MOSFET 放在高端
    MOSFET di/dt dv/dt
    图 4:P-MOSFET 放在高端开通波形
    di/dt 和 dV/dt 的分开独立控制
    由前面的分析可以知道,在阶段 2:t1-t2 的开通过程中,漏极电流 ID 不断增加,VDS 保持不变,这个过程主要控制着回路的电流变化率 di/dt。
    在驱动电源 VCC 和驱动芯片的驱动能力确定的条件下,驱动电路的 RG 以及 Ciss 决定着开通过程的电流变化率 di/dt。外加 G、S 的电容 CGS1 调节开通过程的 di/dt 的波形如图 5 所示。
    MOSFET di/dt dv/dt
    图 5:外加 G、S 电容 CGS1 开通波形
    在阶段 3:t2-t3 的开通过程中,漏极电流 ID 保持不变,VDS 不断降低,这个过程主要控制着回路的电压变化率 dV/dt。在驱动电源 VCC 和驱动芯片的驱动能力确定的条件下,驱动电路的 RG 以及 Crss 决定着开通过程的电压变化率 dV/dt。
    实际应用过程中,功率 MOSFET 的 Crss 非常小,而且是非线性的,随着电压的变化而变化,变化的幅值也非常大,单独用 Crss 和 RG 来控制 dV/dt,dV/dt 控制精度差。
    如果系统的 dV/dt 控制精度要求比较高,也就是输出电压的上电时间的控制精度要求比较高,而且上电时间也比较长,需要在 G 极和 D 极之间外加一个的电容 CGD1,CGD1 值远大于 Crss,功率 MOSFET 内部寄生的非线性电容 Crss 的影响可以忽略,dV/dt 的时间主要由外加的线性度好的外加电容 CGD1 控制,就可以比较准确的控制功率 MOSFET 的 dV/dt 的时间。
    MOSFET di/dt dv/dt
    图 6:外加 G、D 电容 CGD1 开通波形
    完整的外围电路,包括 G 极电阻总和 RG,RG 并联快关断二极管 D1,功率 MOSFET 的 G、S 外加电容 CGS1,G、D 外加电容 CGD1 和电阻 RGD,如图 7 所示,其中 RG 为 G 极电阻总和,包括功率 MOSFET 内部电阻、驱动芯片上拉电阻和外加串联电阻 RG1。
    MOSFET di/dt dv/dt
    图 7:负载开关和热插拨完整外围电路
    本文所介绍的 di/dt 、dV/dt 分开单独控制的方法同样可以用在其它系统,特别是电机控制应用,在电机控制系统的主功率板,功率 MOSFET 或 IGBT 的驱动电路并联有外部的电容 CGS 或 CGE,其调节方法和上面相同:
    (1)通过调整驱动电路的 RG,来调整回路的 dV/dt
    (2)然后调整驱动电路的并联电容 CGS,来调整回路的 di/dt
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