MOS管開關(guān)電路

MOS管開關(guān)頻率最高多少如何測(cè)算詳解，先來看看MOS管開關(guān)電路。下為一張典型的N溝道增強(qiáng)型MOS管開關(guān)電路原理圖：

D1作用：續(xù)流二極管

R1作用：1、限流電阻，減小瞬間電流值：MOS管屬于壓控型器件，兩兩引腳之間存在寄生電容（Cgs、Cgd、Cds）:

規(guī)格書中一般會(huì)標(biāo)注Ciss、Coss、Crss：

Ciss = Cgs + Cgd

Coss = Cds + Cgd

Crss = Cgd

如圖Ciss=587pF，假設(shè)VGs=24V，dt=Tr（上升時(shí)間）=20ns，則MOS管在開關(guān)時(shí)的瞬間電流I = Ciss * dVgs / dt = 0.7A。當(dāng)在柵極串接一個(gè)電阻（幾Ω~上千Ω）時(shí)，會(huì)與Ciss形成RC充放電回路，從而減小瞬間電流值。

2、調(diào)節(jié)MOS管的通斷速度，有利于控制EMI：同時(shí)，加上R1后，MOS管通斷切換時(shí)間會(huì)變慢，有利于控制EMI；但是如果串接的電阻太大，會(huì)導(dǎo)致柵極達(dá)到導(dǎo)通電壓的時(shí)間變長，也就是說MOS管處在半導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間太長，此時(shí)MOS管內(nèi)阻較大，Rds->Rdson的時(shí)間比較長，Rds會(huì)消耗大量的功率，可能導(dǎo)致MOS管因發(fā)熱而損壞。

3、抑制柵極振蕩：

MOS管接入電路后，引入引線寄生電感，會(huì)與寄生電容形成LC振蕩電路，對(duì)于方波這種開關(guān)波形信號(hào)來說包含很多頻率成分：那么就可能在某個(gè)諧振頻率相同或者相近時(shí)形成串聯(lián)諧振電路，串接一個(gè)電阻后會(huì)減小振蕩電路的Q值，從而使振蕩快速衰減。

R2作用：

1、G極對(duì)地電阻（一般5KΩ~數(shù)十KΩ），通過下拉為MOS管提供一個(gè)固定偏置，避免當(dāng)IC驅(qū)動(dòng)口處于高阻態(tài)的情況下G極受到干擾信號(hào)使MOS管意外導(dǎo)通。

2、泄放電阻，通過這個(gè)電阻泄放掉G-S之間的少量靜電（G-S之間的電阻很大很大，少量的靜電就能通過G-S之間的等效電容產(chǎn)生很高的電壓，此時(shí)由于RGS很大，感應(yīng)電荷難以釋放，以致于高壓將MOS管很薄的絕緣層擊穿，損壞MOS管）從而保護(hù)MOS管，如果沒有這個(gè)電阻，MOS管容易受到外界干擾意外導(dǎo)通燒壞，此外在MOS管工作不斷開通關(guān)斷的時(shí)候?qū)纳娙葸M(jìn)行適當(dāng)?shù)姆烹娨员Ｗo(hù)MOS管。

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MOS管開關(guān)頻率如何測(cè)算

MOS管在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的。MOS管兩端的電壓有一個(gè)下降的過程，流過的電流有一個(gè)上升的過程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開關(guān)頻率越快，損失也越大。

以IRF840的參數(shù)計(jì)算，假定門極電壓10V，那么電容量為63nC/10V=6.3nF。與10千歐放電電阻時(shí)間常數(shù)為63us。但是，不是經(jīng)過一個(gè)時(shí)間常數(shù)之后MOS管就關(guān)斷了，而是門極電壓下降到Vg(th)以下MOS管才會(huì)關(guān)斷。這段時(shí)間與MOS管型號(hào)有關(guān)，與門極充電達(dá)到的電壓有關(guān)(實(shí)際上門極電容并不是線性電容)，不太準(zhǔn)確的估計(jì)，可以把門極電容放電時(shí)間估計(jì)為63us的2倍，即0.12ms。MOS管門極充電電阻較小(首帖圖中為3千歐)，估計(jì)充電時(shí)間為0.06ms。那么充電放電時(shí)間一共是0.18ms。該MOS管在此電路中最大開關(guān)工作頻率為5.5kHz。

MOS開關(guān)管的損耗計(jì)算

1、開通損耗

MOS管在開通過程中，電流，電壓和功耗的波形近似如下

Rds（on）為Mos管的導(dǎo)通電阻，會(huì)隨著MOS管結(jié)溫的變化而變化，一般MOS的Datasheet中都會(huì)給出一個(gè)溫度變化曲線，可以參考改曲線取值。

Idrms為導(dǎo)通過程中的電流有效值、Ton為一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間、F為開關(guān)頻率

3、關(guān)斷損耗

MOS管在關(guān)斷過程中，電流，電壓和功耗的波形近似如下：

Idss為Mos管截止時(shí)在實(shí)際結(jié)溫情況下的漏電流，可以參考器件手冊(cè)取一個(gè)合適的值。Vds為截止時(shí)Mos管DS之間的電壓、Toff為一個(gè)周期內(nèi)的截止時(shí)間、f為開關(guān)頻率。
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