MOS管的開關速度
MOSFET的開關速度和Cin充放電有很大關系,使用者無法降低Cin,但可降低驅動電路內阻Rs減小時間常數,加快開關速度,MOSFET只靠多子導電,不存在少子儲存效應,因而關斷過程非常迅速,開關時間在10—100ns之間,工作頻率可達100kHz以上,是主要電力電子器件中最高的。
場控器件靜態時幾乎不需輸入電流。但在開關過程中需對輸入電容充放電,仍需一定的驅動功率。開關頻率越高,所需要的驅動功率越大。
動態性能的改進
在器件應用時除了要考慮器件的電壓、電流、頻率外,還必須掌握在應用中如何保護器件,不使器件在瞬態變化中受損害。
當然晶閘管是兩個雙極型晶體管的組合,又加上因大面積帶來的大電容,所以其dv/dt能力是較為脆弱的。對di/dt來說,它還存在一個導通區的擴展問題,所以也帶來相當嚴格的限制。
功率MOSFET的情況有很大的不同。它的dv/dt及di/dt的能力常以每納秒(而不是每微秒)的能力來估量。但盡管如此,它也存在動態性能的限制。這些我們可以從功率MOSFET的基本結構來予以理解。
除了器件的幾乎每一部分存在電容以外,還必須考慮MOSFET還并聯著一個二極管。同時從某個角度看、它還存在一個寄生晶體管。(就像IGBT也寄生著一個晶閘管一樣)。這幾個方面,是研究MOSFET動態特性很重要的因素。
首先MOSFET結構中所附帶的本征二極管具有一定的雪崩能力。通常用單次雪崩能力和重復雪崩能力來表達。
當反向di/dt很大時,二極管會承受一個速度非常快的脈沖尖刺,它有可能進入雪崩區,一旦超越其雪崩能力就有可能將器件損壞。
作為任一種PN結二極管來說,仔細研究其動態特性是相當復雜的。它們和我們一般理解PN結正向時導通反向時阻斷的簡單概念很不相同。當電流迅速下降時,二極管有一階段失去反向阻斷能力,即所謂反向恢復時間。
PN結要求迅速導通時,也會有一段時間并不顯示很低的電阻。在功率MOSFET中一旦二極管有正向注入,所注入的少數載流子也會增加作為多子器件的MOSFET的復雜性。
功率MOSFET的設計過程中采取措施使其中的寄生晶體管盡量不起作用。在不同代功率MOSFET中其措施各有不同,但總的原則是使漏極下的橫向電阻RB盡量小。
因為只有在漏極N區下的橫向電阻流過足夠電流為這個N區建立正偏的條件時,寄生的雙極性晶閘管才開始發難。然而在嚴峻的動態條件下,因dv/dt通過相應電容引起的橫向電流有可能足夠大。
此時這個寄生的雙極性晶體管就會起動,有可能給MOSFET帶來損壞。所以考慮瞬態性能時對功率MOSFET器件內部的各個電容(它是dv/dt的通道)都必須予以注意。
瞬態情況是和線路情況密切相關的,這方面在應用中應給予足夠重視。對器件要有深入了解,才能有利于理解和分析相應的問題。
如何提高MOS管開關速度?
1.提高柵極的驅動能力
因場效應管柵極電容的影響,一般需要大于正負1A的驅動能力,柵極電阻不大于10歐,反向接二極管提高關斷速度。
2.推挽驅動
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