谈及MOSFET的工作原理,比如其开关过程,甚至在好几次谈及IGBT也经常提到一个词:驱动振荡。
今天我们主要来讲的是MOSFET的栅源振荡,是不是有些熟悉?没错,前天发表的MOSFET栅极前加一个电阻,就与它相关。
在MOSFET实际应用中,栅极振荡会引起器件的故障和电路异常失效。严重时会呈现三种状态,可能是彻底导通或者彻底关断,也可能是进入高阻导通,进而发热严重然后烧毁。
那MOSFET的栅源振荡究竟是怎么来的呢?
先简单拿上次讲的“串联电阻”来说明:
在驱动电路中增加一个串联电阻,当R<√(L/C)时,为欠阻尼状态时,振荡就一定会发生。
如下图
关于阻尼比,下面会详细提到。
然而,振荡电路产生的条件还有几种,详细如下:
反馈电路
a.相位条件
从输出到输入的反馈信号与输入信号在振荡频率上同相(正反馈)。
b.振幅条件
当电路具有正反馈并提供补偿损耗的增益时,就会发生振荡。
1.漏源极之间的浪涌电压
2.MOSFET关断期间,漏极和源极之间的振铃电压,有返回到栅极的可能性。通过栅漏极电容Cgd的正反馈环路连接到栅极端,导致了栅极电压振荡。
3 源电感
功率MOSFET具有较大的跨导gm和寄生电容。因此,导线和其他杂散电感(栅极,源极和漏极电路之间以及相关互连中的电感)可能会形成正反馈电路,从而导致寄生振荡。
那么,栅源振荡的危害什么?大概有以下几个方面:
导致EMI裕量不足
动态负载切换振荡严重导致器件失效
如何抑制或缓解栅源振荡的现象呢?
1. 调整驱动电路阻尼比,公式如下:
阻尼比的情况一般有四种:
驱动电路的阻尼比ζ=0,称无阻尼,系统无穷震荡,且不收敛;
ζ<1 称为欠阻尼:ζ由0约接近1,收敛越快。意味着系统存在超调且有震荡,
ζ>1称为过阻尼,意味着系统不超调;
ζ=1称为临界阻尼,意味着系统不超调,且以最短时间恢复平衡状态或者稳定状态。
注意:临界电阻值是10Ω. L寄生电感越大,临界电阻值越大
2. 适当提高MOSFET内部寄生电阻,降低器件最高开关速度,并改善抑制栅极振荡。
3. 适当提高器件阈值电压,可以缓解半桥或者全桥拓扑中上下桥臂直通概率。
4. 考虑减小pcb引线电感,即增加走线宽度或减小走线长度。
注意:在电感无法减小的时候,可以采用增加一颗外部小电阻,这是增加电阻有削弱驱动电流的作用。
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