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MOS管
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  • 防止MOS管燒毀,先要知道為什么它會燒?
    防止MOS管燒毀,先要知道為什么它會燒?
  • 防止MOS管燒毀,先要知道為什么它會燒?
  •   發(fā)布日期: 2022-11-18  瀏覽次數(shù): 1,607

    MOS在控制器電路中的工作狀態(tài):開通過程(由截止到導(dǎo)通的過渡過程)、導(dǎo)通狀態(tài)、關(guān)斷過程(由導(dǎo)通到截止的過渡過程)、截止?fàn)顟B(tài)。

    MOS主要損耗也對應(yīng)這幾個狀態(tài):開關(guān)損耗(開通過程和關(guān)斷過程),導(dǎo)通損耗,截止損耗(漏電流引起的,這個忽略不計(jì)),還有雪崩能量損耗。

    只要把這些損耗控制在MOS承受規(guī)格之內(nèi),MOS即會正常工作,超出承受范圍,即發(fā)生損壞。而開關(guān)損耗往往大于導(dǎo)通狀態(tài)損耗,不同MOS這個差距可能很大。

    MOS損壞原因 ?

    MOS損壞主要原因:

    過流——持續(xù)大電流或瞬間超大電流引起的結(jié)溫過高而燒毀。

    過壓——源漏過壓擊穿、源柵極過壓擊穿。

    靜電——靜電擊穿,CMOS電路都怕靜電。

    MOS開關(guān)原理 ?

    MOS是電壓驅(qū)動型器件,只要柵極和源級間給一個適當(dāng)電壓,源級和漏級間通路就形成。這個電流通路的電阻被成為MOS內(nèi)阻,就是導(dǎo)通電阻<rds(on)>。這個內(nèi)阻大小基本決定了MOS芯片能承受的最大導(dǎo)通電流(當(dāng)然和其它因素有關(guān),最有關(guān)的是熱阻),內(nèi)阻越小承受電流越大(因?yàn)榘l(fā)熱?。?lt;/rds(on)>

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    防止MOS燒毀 ?

    MOS問題遠(yuǎn)沒這么簡單,麻煩在它的柵極和源級間,源級和漏級間,柵極和漏級間內(nèi)部都有等效電容。所以給柵極電壓的過程就是給電容充電的過程(電容電壓不能突變),而MOS源級和漏級間由截止到導(dǎo)通的開通過程受柵極電容的充電過程制約。

    然而,這三個等效電容是構(gòu)成串并聯(lián)組合關(guān)系,它們相互影響,并不是獨(dú)立的,如果獨(dú)立的就很簡單了。

    其中一個關(guān)鍵電容就是柵極和漏級間的電容Cgd,這個電容業(yè)界稱為米勒電容。這個電容不是恒定的,隨柵極和漏級間電壓變化而迅速變化。這個米勒電容是柵極和源級電容充電的絆腳石,因?yàn)闁艠O給柵-源電容Cgs充電達(dá)到一個平臺后,柵極的充電電流必須給米勒電容Cgd充電。這時柵極和源級間電壓不再升高,達(dá)到一個平臺,這個是米勒平臺(米勒平臺就是給Cgd充電的過程),米勒平臺大家首先想到的麻煩就是米勒振蕩。(即,柵極先給Cgs充電,到達(dá)一定平臺后再給Cgd充電)。

    因?yàn)檫@個時候源級和漏級間電壓迅速變化,內(nèi)部電容相應(yīng)迅速充放電,這些電流脈沖會導(dǎo)致MOS寄生電感產(chǎn)生很大感抗。這里面就有電容、電感、電阻組成震蕩電路(能形成2個回路),并且電流脈沖越強(qiáng)頻率越高振蕩幅度越大,所以最關(guān)鍵的問題就是這個米勒平臺如何過渡。

    Gs極加電容,減慢mos管導(dǎo)通時間,有助于減小米勒振蕩。防止MOS管燒毀。

    過快的充電會導(dǎo)致激烈的米勒振蕩,但過慢的充電雖減小了振蕩,但會延長開關(guān)從而增加開關(guān)損耗。MOS開通過程源級和漏級間等效電阻相當(dāng)于從無窮大電阻到阻值很小的導(dǎo)通內(nèi)阻(導(dǎo)通內(nèi)阻一般低壓MOS只有幾毫歐姆)的一個轉(zhuǎn)變過程。

    比如一個MOS最大電流100a,電池電壓96v,在開通過程中,有那么一瞬間(剛進(jìn)入米勒平臺時)MOS發(fā)熱功率是P=V*I(此時電流已達(dá)最大,負(fù)載尚未跑起來,所有的功率都降落在MOS管上),P=96*100=9600w!這時它發(fā)熱功率最大,然后發(fā)熱功率迅速降低直到完全導(dǎo)通時功率變成100*100*0.003=30w(這里假設(shè)這個MOS導(dǎo)通內(nèi)阻3毫歐姆),開關(guān)過程中這個發(fā)熱功率變化是驚人的。

    如果開通時間慢,意味著發(fā)熱從9600w到30w過渡的慢,MOS結(jié)溫會升高的厲害。所以開關(guān)越慢,結(jié)溫越高,容易燒MOS。為了不燒MOS,只能降低MOS限流或者降低電池電壓。比如給它限制50a或電壓降低一半成48v,這樣開關(guān)發(fā)熱損耗也降低了一半,不燒管子了。

    這也是高壓控容易燒管子原因,高壓控制器和低壓的只有開關(guān)損耗不一樣(開關(guān)損耗和電池端電壓基本成正比,假設(shè)限流一樣),導(dǎo)通損耗完全受MOS內(nèi)阻決定,和電池電壓沒任何關(guān)系。

    其實(shí)整個MOS開通過程非常復(fù)雜。里面變量太多??傊褪情_關(guān)慢不容易米勒震蕩,但開關(guān)損耗大,管子發(fā)熱大,開關(guān)速度快理論上開關(guān)損耗低(只要能有效抑制米勒震蕩)。但是往往米勒震蕩很厲害(如果米勒震蕩很嚴(yán)重,可能在米勒平臺就燒管子了),反而開關(guān)損耗也大,并且上臂MOS震蕩更有可能引起下臂MOS誤導(dǎo)通,形成上下臂短路。

    所以這個很考驗(yàn)設(shè)計(jì)師的驅(qū)動電路布線和主回路布線技能。最終就是找個平衡點(diǎn)(一般開通過程不超過1us)。開通損耗這個最簡單,只和導(dǎo)通電阻成正比,想大電流低損耗找內(nèi)阻低的。


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