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應(yīng)用于線性區(qū)功率MOSFET:di/dt和dv/dt分開控制方法

發(fā)布時間:2018-12-29 責任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】以下將本文介紹的di/dt、dV/dt分開單獨控制方法,不僅適用于負載開關(guān),還廣泛用于電機控制功率MOSFET或IGBT驅(qū)動電路。
 
(1)調(diào)整驅(qū)動電路電阻RG,調(diào)整dV/dt
(2)調(diào)整并聯(lián)電容CGS,調(diào)整di/dt
 
1、功率MOSFET的開關(guān)過程
 
功率MOSFET的開通過程中可以分為4個階段,關(guān)斷過程的基本原理和開通過程相類似,以前的文章對其進行過非常詳細的敘述,N溝道功率MOSFET放在低端直接驅(qū)動的波形如圖1所示。
 
圖1:功率MOSFET的開通過程
 
階段3(t2-t3)為米勒平臺,VGS電壓保持米勒平臺電壓VGP,整個過程中,VDS電壓逐漸下降到低的電壓值,ID電流保持不變。
 
 
若功率MOSFET使用N管或P管放在高端,工作原理類似,工作的波形如下圖2所示。
 
圖2:N-MOSFET放在高端的開通波形
 
圖3:P-MOSFET放在高端
 
圖4:P-MOSFET放在高端開通波形
 
2、di/dt和dV/dt的分開獨立控制
 
由前面的分析可以知道,在階段2:t1-t2的開通過程中,漏極電流ID不斷增加,VDS保持不變,這個過程主要控制著回路的電流變化率di/dt。在驅(qū)動電源VCC和驅(qū)動芯片的驅(qū)動能力確定的條件下,驅(qū)動電路的RG以及Ciss決定著開通過程的電流變化率di/dt。外加G、S的電容CGS1調(diào)節(jié)開通過程的di/dt的波形如圖5所示。
 
圖5:外加G、S電容CGS1開通波形
 
在階段3:t2-t3的開通過程中,漏極電流ID保持不變,VDS不斷降低,這個過程主要控制著回路的電壓變化率dV/dt。在驅(qū)動電源VCC和驅(qū)動芯片的驅(qū)動能力確定的條件下,驅(qū)動電路的RG以及Crss決定著開通過程的電壓變化率dV/dt。
 
實際應(yīng)用過程中,功率MOSFET的Crss非常小,而且是非線性的,隨著電壓的變化而變化,變化的幅值也非常大,單獨用Crss和RG來控制dV/dt,dV/dt控制精度差。
 
如果系統(tǒng)的dV/dt控制精度要求比較高,也就是輸出電壓的上電時間的控制精度要求比較高,而且上電時間也比較長,需要在G極和D極之間外加一個的電容CGD1,CGD1值遠大于Crss,功率MOSFET內(nèi)部寄生的非線性電容Crss的影響可以忽略,dV/dt的時間主要由外加的線性度好的外加電容CGD1控制,就可以比較準確的控制功率MOSFET的dV/dt的時間。
 
圖6:外加G、D電容CGD1開通波形
 
完整的外圍電路,包括G極電阻總和RG,RG并聯(lián)快關(guān)斷二極管D1,功率MOSFET的G、S外加電容CGS1,G、D外加電容CGD1和電阻RGD,如圖7所示,其中RG為G極電阻總和,包括功率MOSFET內(nèi)部電阻、驅(qū)動芯片上拉電阻和外加串聯(lián)電阻RG1。
 
圖7:負載開關(guān)和熱插撥完整外圍電路
 
本文所介紹的di/dt 、dV/dt分開單獨控制的方法同樣可以用在其它系統(tǒng),特別是電機控制應(yīng)用,在電機控制系統(tǒng)的主功率板,功率MOSFET或IGBT的驅(qū)動電路并聯(lián)有外部的電容CGS或CGE,其調(diào)節(jié)方法和上面相同:
 
(1)通過調(diào)整驅(qū)動電路的RG,來調(diào)整回路的dV/dt
(2)然后調(diào)整驅(qū)動電路的并聯(lián)電容CGS,來調(diào)整回路的di/dt

原創(chuàng):劉松
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