MOS管缓启动电路分析报告

实用文档MOS缓启动电原理分Version1.0文案大全实用文档Rev.1.0

Date2009-10-10

ECO#OriginatedbySongchangjiang

HistoryCreated文案大全实用文档文案大全实用文档在电信工业和微波电路设计领域，普遍使用管控制冲击电流的方达到电流缓启动的目的。MOS管有导通阻抗低和驱动简单的特点，在周围加上少量元器件就可以构成缓慢启动电路。虽然电路比较简单，但只有吃透管的相关开关特性后才能对这个电路有深入的理解。本文首先从MOSFET的开通过程进行叙述：尽管MOSFET在关电源、电机控等一些电子系统中得到广泛应，但是许多电子工程师并没有十分楚的理解MOSFET开关过程，以及MOSFET在开关过程中所处的状态一般来说，电子工程师通常基于栅极电理MOSFET的通的过程，如图1所此在OSFET数表中可查到图AOT460栅极电荷特性MOSFETD和S极加电压为VDD，驱动开通脉冲加到MOSFET的G和极时输入电容Ciss充，和S电压Vgs线上升并到达门槛压VGS(th)，上到VGS(th)之漏极电流Id≈0A，没有漏极电流流过Vds的压保持VDD不当Vgs达VGS(th)时漏极开始流过电流Id，然后Vgs继续上升，也逐上升，Vds仍然持VDD当Vgs到达米勒平台电压VGS(pl)时，也升到负载电流最大值ID，的电压开始从下米勒平台期间Id电流持，电不降低文案大全实用文档米勒平台结束刻，电流仍然维持ID，Vds电压低一个低值米平结后Id电仍然持，Vds电继续降低，此时降低的斜率很小，因此降低的度也很小，最后稳定在Vds=Id×Rds(on)因此通常可以认为米勒平台结束MOSFET基上经通对于上述的过，理解难点在于为什么在米勒平台区的压恒定？驱动电路仍然对栅提驱动电，仍然对栅电容充电，为什么栅极的电压不上升？而且栅极电荷特性对于形象的理MOSFET的通过程不直观因此，下面将基于漏极导通特性理MOSFET开通过程MOSFET漏极导通特性与开关过程MOSFET漏极导通特性如图2示MOSFET与极一样，当OSFET应用于放大电路，常使此曲研究其放大性只是三极管使用的基极电流、集电极电流和放倍，使栅极电压、漏极电和跨导图2的极导通特性三极管有三个作区：截止区、放大区和饱和区MOSFET对应是关断区、恒流区可电区注意：恒区有时也称饱和区或放大区当动开通脉冲到OSFET的G和S极，的压逐渐升高时MOSFET的通轨迹A-B-C-D如中路线所示文案大全实用文档图AOT460的开通轨迹开通前，MOSFET起工作点位于图3的下角A点AOT460的VDD电为48V，的压逐渐升高，Id流为0，的压达到VGS(th)，Id电从0开逐渐增大A-B就Vgs的电压从VGS(th)增到VGS(pl)的程从A到点的程中，可以非常直观的发现，此程工作于MOSFET的恒流区，也就是Vgs压和Id电自动找平衡的过程，即Vgs电的变化伴随着Id电相应的变化其变化关系就M的导Gfs=Id/Vgs，跨导可以在MOSFET数据表中查到当Id电达到负载的最大允许电流ID时，时对应的栅级电压Vgs(pl)=Id/gFS由此时Id电流定因此栅极Vgs电也恒定不变见图3中B-C，时OSFET处于相对稳定的恒流区，工作于放器的状开通前，Vgd的电压为Vgs-Vds，为负压，进入米勒平台Vgd的电压绝对值断降过0后为正压驱动电路电流绝大分流过，扫除米勒电容的电荷，此极电压基维持变Vds电降低到很低值后，米勒电容的电荷基本上被扫除，即图3中C点于是，栅极的电压在驱动电流的充下又开始升，如图3中C-D使MOSFET进步完全导通文案大全实用文档C-D为变电阻区，相应的Vgs电对应着一定的电压电达最值Vds电压达到最小值由于Id电为ID恒定，因此Vds的电即为和OSFET的导通电阻的乘积基于MOSFET的漏极导通特性曲线可以直观的理解OSFET开通时，跨越关断区、恒流区和可变电阻区的过程米勒平台即为恒流区，工作于放大状态，Id电流为电压和跨导乘积电路原理详细说明：管电压控制器件，其极间电容等效电路如图4所示。图4.带外接电容C2的型MOS管间电容等效电路MOS管的极间电容栅漏电容Cgd、栅源电容Cgs、漏电容可由以下式定：公式中MOS管的反馈电容Crss,入电容Ciss和出容Coss的值MOS管手册上可以查到。电容充放电快慢决定MOS管通和关的快慢Vgs首先给Cgs充，随着Vgs的升，使得MOS管截区进入可变阻区。进入可变电阻区后电增大，但是Vds电不。随着Vgs的续增大MOS管入米勒平台，在米勒平台区，Vgs维持变，电荷都给Cgd充，不变，持降。米平后期，管Vds非小MOS进了饱和导通期。为确保MOS管状态间转换是线性和预的外接容C2并在上，如果外接电容C2比MOS内部栅漏电容Cgd大多就减小MOS管内非线性文案大全实用文档栅电容Cgd状态间转换时的作用，另外可以达到增大米勒平台时间，减缓电压下降的速度的目的。外接电C2被用来作积分器对MOS的开关特性进行精确控制。制了漏极电线性度能精确制冲击电流电路描述：图5所示为基MOS管自启动有源冲击电流限制法电路。MOS管Q1放在DC/DC电模块的负电压输入，在上电瞬，DC/DC电模块的第1脚平第4脚样，然控电按定速将降到电压电压下降的度由时间常数C2*R2决，这个斜率决定了最大冲电。C2可以以下公式选定R2由允许冲击电流决定：其中Vmax最大输电压Cload为C3和DC/DC电模块内部电容的总和Iinrush为许冲击电的幅度。图5有冲击流限制电路文案大全实用文档D1是一个稳压二极管，用来限制MOS管Q1的源电压。元件，和D2用来证管Q1在上电时保持断状态。具体情况是：上电后管栅极电压要慢慢上升，当栅源电压Vgs高到一定程度后，二极管D2导，这样所有的电都给电容C1以间常数充，栅源电压Vgs以同速度上升，直到MOS管Q1导通产冲击电。以下是计算C1和R1的式：其中Vth为MOS管Q1的最小门槛电压，为极管D2的向导通压降为生Iinrush冲击流时的栅源压。Vplt以在管应商所提供的产品资料里到。管择以下参数对于有源冲击电限制电路的管择非常重要：l漏击穿电压Vds必须选择Vds比大输入电压和大输入瞬态电压还要高的MOS管对通系中的MOS管一般选择Vds≥100V。l栅电压Vgs稳压管D1是用保护MOS管Q1的极防止其过压击穿，显然MOS管Q1的栅源电压必须高于稳压D1的最大反击穿电压。一般MOS管栅源电压Vgs为20V，推荐的压二极管。l导电阻Rds_on.管须能够耗散导通电阻Rds_on所起的热量，热耗计算公式为：其中Idc为DC/DC电的最大输入电流，Idc由以下公式确定：文案大全实用文档其中PoutDC/DC源的最大输出功率，Vmin为小输入电压，η为DC/DC电源在输入电压为Vmin输出率为Pout时效率。η可在DC/DC电源供应商所提供的数据手册里查到。MOS管Rds_on必须小，它所引的压降和输入电压相比才可以忽略。图6.有源冲击电流限制电路在75V输，DC/DC输出空载时的波形设计举例已知：Vmax=72VIinrush=3A选管Q1为