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有關MOSFET驅動問題

1.MOSFET驅動前面都有一個電阻.那個電阻取值是怎么得來的?是根據MOSFET大小來決定的? 取大取小對MOSFET和電源會發生什么問題?


2.G和S極之間為什么要接一個電阻?作用是什么?取大取小對MOSFET和電源會發生什么問題?


 


希望說得更明白一點.謝謝 !


 

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LV.1
2
2010-05-30 21:26

看來好心人還是少..

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2010-05-31 10:28

MOSFET是電壓性驅動元件, 不需要大電流驅動,但由于存在結電容, 每個開關周期都需要對結電容Ciss,Cgd充放電, 串聯在柵極的電阻大小, 就決定了對結電容充和放電速度. 電阻小的話,就充放電峰值電流大, 開關速度快. MOSFET的開關損耗小. 但是EMI一般會變差. 同時要注意驅動電路元件的電流使用率會高. 反之亦然.


所以這個串聯電阻跟驅動電壓, 結電容, 驅動電路元件載流能力是相關的, 一般取4.7-100ohm.


至于, G和S間的并聯電阻, 是針對MOSFET的G和S間的高輸入阻抗而加的, 因為高阻抗相對于空間寄生電容來說, 也可能藕合到足夠高的NOISE信號在G和S上.這個NOISE信號有可能異常開通MOSFET. 假如驅動電路在關斷的時候不能保證把G用低阻抗拉到S, 就需要這個電阻了. 另外, 這個電阻也可以防止靜態不通電時的ESD損壞. 這個電阻一般取10K-100Kohm.


 


其實,這些是基礎的知識, 你可以再看下<<模擬電子技術基礎>>這本書.

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真武閣
LV.6
4
2010-05-31 10:39
@
看來好心人還是少..[圖片]

1:“緩沖”電阻,2個作用,減緩驅動器的電流上升速率和減慢MOS的開通時間,這2件事都是為了減低EMI(對于硬開關而言),但代價是減低了效率,顯然電阻也越大該環節的EMC越好,損耗也越大,掂量著用就是了,一般在數Ω到數十歐姆選用(很多情況下在電阻2端并一個反向二極管以加速MOS的關斷)。選用低Qg的MOS可以減少這個電阻的困擾。


2:放電電阻,保證MOS在工作之前柵極的靜電被泄放,以避免上電時MOS因靜電處于導通(非控制的)狀態而帶來災禍(炸機),這個電阻萬萬不可忽視,一般在10k-100k選用。


其他樓下補充

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2010-05-31 13:56
@deep_thought
MOSFET是電壓性驅動元件,不需要大電流驅動,但由于存在結電容,每個開關周期都需要對結電容Ciss,Cgd充放電,串聯在柵極的電阻大小,就決定了對結電容充和放電速度.電阻小的話,就充放電峰值電流大,開關速度快.MOSFET的開關損耗小.但是EMI一般會變差. 同時要注意驅動電路元件的電流使用率會高.反之亦然.所以這個串聯電阻跟驅動電壓,結電容,驅動電路元件載流能力是相關的,一般取4.7-100ohm.至于,G和S間的并聯電阻,是針對MOSFET的G和S間的高輸入阻抗而加的,因為高阻抗相對于空間寄生電容來說,也可能藕合到足夠高的NOISE信號在G和S上.這個NOISE信號有可能異常開通MOSFET.假如驅動電路在關斷的時候不能保證把G用低阻抗拉到S,就需要這個電阻了.另外,這個電阻也可以防止靜態不通電時的ESD損壞.這個電阻一般取10K-100Kohm. 其實,這些是基礎的知識,你可以再看下這本書.
這個電阻很關鍵。有關柵極電阻的PDF資料嗎?英文的也可以。謝謝!
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jxzsbing
LV.3
6
2010-05-31 14:55
@feimeng115
這個電阻很關鍵。有關柵極電阻的PDF資料嗎?英文的也可以。謝謝!

學習了.謝謝

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LV.1
7
2010-06-01 17:53
@真武閣
1:“緩沖”電阻,2個作用,減緩驅動器的電流上升速率和減慢MOS的開通時間,這2件事都是為了減低EMI(對于硬開關而言),但代價是減低了效率,顯然電阻也越大該環節的EMC越好,損耗也越大,掂量著用就是了,一般在數Ω到數十歐姆選用(很多情況下在電阻2端并一個反向二極管以加速MOS的關斷)。選用低Qg的MOS可以減少這個電阻的困擾。2:放電電阻,保證MOS在工作之前柵極的靜電被泄放,以避免上電時MOS因靜電處于導通(非控制的)狀態而帶來災禍(炸機),這個電阻萬萬不可忽視,一般在10k-100k選用。其他樓下補充[圖片]

謝謝了,,以前只知道選用,不知道作用是什么。現在知道了。謝謝

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LV.1
8
2010-06-01 17:56
@deep_thought
MOSFET是電壓性驅動元件,不需要大電流驅動,但由于存在結電容,每個開關周期都需要對結電容Ciss,Cgd充放電,串聯在柵極的電阻大小,就決定了對結電容充和放電速度.電阻小的話,就充放電峰值電流大,開關速度快.MOSFET的開關損耗小.但是EMI一般會變差. 同時要注意驅動電路元件的電流使用率會高.反之亦然.所以這個串聯電阻跟驅動電壓,結電容,驅動電路元件載流能力是相關的,一般取4.7-100ohm.至于,G和S間的并聯電阻,是針對MOSFET的G和S間的高輸入阻抗而加的,因為高阻抗相對于空間寄生電容來說,也可能藕合到足夠高的NOISE信號在G和S上.這個NOISE信號有可能異常開通MOSFET.假如驅動電路在關斷的時候不能保證把G用低阻抗拉到S,就需要這個電阻了.另外,這個電阻也可以防止靜態不通電時的ESD損壞.這個電阻一般取10K-100Kohm. 其實,這些是基礎的知識,你可以再看下這本書.

謝謝,


以前只知道選用多大的。而不知道作用,謝謝!

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2010-06-01 18:04
@deep_thought
MOSFET是電壓性驅動元件,不需要大電流驅動,但由于存在結電容,每個開關周期都需要對結電容Ciss,Cgd充放電,串聯在柵極的電阻大小,就決定了對結電容充和放電速度.電阻小的話,就充放電峰值電流大,開關速度快.MOSFET的開關損耗小.但是EMI一般會變差. 同時要注意驅動電路元件的電流使用率會高.反之亦然.所以這個串聯電阻跟驅動電壓,結電容,驅動電路元件載流能力是相關的,一般取4.7-100ohm.至于,G和S間的并聯電阻,是針對MOSFET的G和S間的高輸入阻抗而加的,因為高阻抗相對于空間寄生電容來說,也可能藕合到足夠高的NOISE信號在G和S上.這個NOISE信號有可能異常開通MOSFET.假如驅動電路在關斷的時候不能保證把G用低阻抗拉到S,就需要這個電阻了.另外,這個電阻也可以防止靜態不通電時的ESD損壞.這個電阻一般取10K-100Kohm. 其實,這些是基礎的知識,你可以再看下這本書.

其實,這些是基礎的知識, 你可以再看下<<模擬電子技術基礎>>這本書.


這本書上沒有這些吧。。。。。。。。。。

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2010-06-02 08:11
@lilycowboy
其實,這些是基礎的知識,你可以再看下這本書.這本書上沒有這些吧。。。。。。。。。。
書上有介紹MOSFET的原理和應用方法. 再結合通用MOSFET的制造商的規格書一起看, 就明白了.
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fzp121
LV.1
11
2010-09-11 19:28
@deep_thought
MOSFET是電壓性驅動元件,不需要大電流驅動,但由于存在結電容,每個開關周期都需要對結電容Ciss,Cgd充放電,串聯在柵極的電阻大小,就決定了對結電容充和放電速度.電阻小的話,就充放電峰值電流大,開關速度快.MOSFET的開關損耗小.但是EMI一般會變差. 同時要注意驅動電路元件的電流使用率會高.反之亦然.所以這個串聯電阻跟驅動電壓,結電容,驅動電路元件載流能力是相關的,一般取4.7-100ohm.至于,G和S間的并聯電阻,是針對MOSFET的G和S間的高輸入阻抗而加的,因為高阻抗相對于空間寄生電容來說,也可能藕合到足夠高的NOISE信號在G和S上.這個NOISE信號有可能異常開通MOSFET.假如驅動電路在關斷的時候不能保證把G用低阻抗拉到S,就需要這個電阻了.另外,這個電阻也可以防止靜態不通電時的ESD損壞.這個電阻一般取10K-100Kohm. 其實,這些是基礎的知識,你可以再看下這本書.
今天也學習了,感謝ing
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liuhou
LV.9
12
2010-09-23 19:34
@fzp121
今天也學習了,感謝ing

給你參考下。

 

關于MOSFET驅動電阻的選擇

等效驅動電路:

LPCB走線電感,根據他人經驗其值為直走線1nH/mm,考慮其他走線因素,取L=Length+10nH),其中Length單位取mm

Rg為柵極驅動電阻,設驅動信號為12V峰值的方波。

CgsMOSFET柵源極電容,不同的管子及不同的驅動電壓時會不一樣,這兒取1nF

VL+VRg+VCgs=12V

令驅動電流

得到關于Cgs上的驅動電壓微分方程:

用拉普拉斯變換得到變換函數:

這是個3階系統,當其極點為3個不同實根時是個過阻尼震蕩,有兩個相同實根時是臨界阻尼震蕩,當有虛根時是欠阻尼震蕩,此時會在MOSFET柵極產生上下震蕩的波形,這是我們不希望看到的,因此柵極電阻Rg阻值的選擇要使其工作在臨界阻尼和過阻尼狀態,考慮到參數誤差實際上都是工作在過阻尼狀態。

根據以上得到 ,因此根據走線長度可以得到Rg最小取值范圍。

分別考慮20mm70mm長的走線: L20=30nHL70=80nH Rg20=8.94Ω,Rg70=17.89Ω,

以下分別是電壓電流波形:

 

驅動電壓:

驅動電流:

可以看到當Rg比較小時驅動電壓上沖會比較高,震蕩比較多,L越大越明顯,此時會對MOSFET及其他器件性能產生影響。但是阻值過大時驅動波形上升比較慢,當MOSFET有較大電流通過時會有不利影響。

此外也要看到,當L比較小時,此時驅動電流的峰值比較大,而一般IC的驅動電流輸出能力都是有一定限制的,當實際驅動電流達到IC輸出的最大值時,此時IC輸出相當于一個恒流源,對Cgs線性充電,驅動電壓波形的上升率會變慢。電流曲線就可能如左圖所示(此時由于電流不變,電感不起作用)。這樣可能會對IC的可靠性產生影響,電壓波形上升段可能會產生一個小的臺階或毛刺。

 

 

       一般ICPWM OUT輸出如左圖所示,內部集成了限流電阻RsourceRsink,通常Rsource>Rsink,具體數值大小同IC的峰值驅動輸出能力有關,可以近似認為R=Vcc/Ipeak。一般IC的驅動輸出能力在0.5A左右,因此Rsource20Ω左右。

       由前面的電壓電流曲線可以看到一般的應用中IC的驅動可以直接驅動MOSFET,但是考慮到通常驅動走線不是直線,感量可能會更大,并且為了防止外部干擾,還是要使用Rg驅動電阻進行抑制。考慮到走線分布電容的影響,這個電阻要盡量靠近MOSFET的柵極。

關于RgL對于上升時間的影響:(Cgs=1nFVCgs=0.9*Vdrive)

TR(nS)

19

49

230

20

45

229

Rg(ohm)

10

22

100

10

22

100

L(nH)

30

30

30

80

80

80

可以看到L對上升時間的影響比較小,主要還是Rg影響比較大。上升時間可以用2*Rg*Cgs來近似估算,通常上升時間小于導通時間的二十分之一時,MOSFET開關導通時的損耗不致于會太大造成發熱問題,因此當MOSFET的最小導通時間確定后Rg最大值也就確定了 ,一般Rg在取值范圍內越小越好,但是考慮EMI的話可以適當取大。

       以上討論的是MOSFET ON狀態時電阻的選擇,在MOSFET OFF狀態時為了保證柵極電荷快速瀉放,此時阻值要盡量小,這也是Rsink的原因。通常為了保證快速瀉放,在Rg上可以并聯一個二極管。當瀉放電阻過小,由于走線電感的原因也會引起諧振(因此有些應用中也會在這個二極管上串一個小電阻),但是由于二極管的反向電流不導通,此時Rg又參與反向諧振回路,因此可以抑制反向諧振的尖峰。這個二極管通常使用高頻小信號管1N4148

      

實際使用中還要考慮MOSFET柵漏極還有個電容Cgd的影響,MOSFET ONRg還要對Cgd充電,會改變電壓上升斜率,OFFVCC會通過CgdCgs充電,此時必須保證Cgs上的電荷快速放掉,否則會導致MOSFET的異常導通。

 

 

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my8567
LV.4
13
2010-09-24 10:29
@liuhou
給你參考下。 關于MOSFET驅動電阻的選擇等效驅動電路:L為PCB走線電感,根據他人經驗其值為直走線1nH/mm,考慮其他走線因素,取L=Length+10(nH),其中Length單位取mm。Rg為柵極驅動電阻,設驅動信號為12V峰值的方波。Cgs為MOSFET柵源極電容,不同的管子及不同的驅動電壓時會不一樣,這兒取1nF。VL+VRg+VCgs=12V令驅動電流得到關于Cgs上的驅動電壓微分方程:用拉普拉斯變換得到變換函數:這是個3階系統,當其極點為3個不同實根時是個過阻尼震蕩,有兩個相同實根時是臨界阻尼震蕩,當有虛根時是欠阻尼震蕩,此時會在MOSFET柵極產生上下震蕩的波形,這是我們不希望看到的,因此柵極電阻Rg阻值的選擇要使其工作在臨界阻尼和過阻尼狀態,考慮到參數誤差實際上都是工作在過阻尼狀態。根據以上得到,因此根據走線長度可以得到Rg最小取值范圍。分別考慮20m長m和70mm長的走線:L20=30nH,L70=80nH,則Rg20=8.94Ω,Rg70=17.89Ω,以下分別是電壓電流波形: 驅動電壓:驅動電流:可以看到當Rg比較小時驅動電壓上沖會比較高,震蕩比較多,L越大越明顯,此時會對MOSFET及其他器件性能產生影響。但是阻值過大時驅動波形上升比較慢,當MOSFET有較大電流通過時會有不利影響。此外也要看到,當L比較小時,此時驅動電流的峰值比較大,而一般IC的驅動電流輸出能力都是有一定限制的,當實際驅動電流達到IC輸出的最大值時,此時IC輸出相當于一個恒流源,對Cgs線性充電,驅動電壓波形的上升率會變慢。電流曲線就可能如左圖所示(此時由于電流不變,電感不起作用)。這樣可能會對IC的可靠性產生影響,電壓波形上升段可能會產生一個小的臺階或毛刺。        一般IC的PWMOUT輸出如左圖所示,內部集成了限流電阻Rsource和Rsink,通常Rsource>Rsink,具體數值大小同IC的峰值驅動輸出能力有關,可以近似認為R=Vcc/Ipeak。一般IC的驅動輸出能力在0.5A左右,因此Rsource在20Ω左右。      由前面的電壓電流曲線可以看到一般的應用中IC的驅動可以直接驅動MOSFET,但是考慮到通常驅動走線不是直線,感量可能會更大,并且為了防止外部干擾,還是要使用Rg驅動電阻進行抑制。考慮到走線分布電容的影響,這個電阻要盡量靠近MOSFET的柵極。關于Rg、L對于上升時間的影響:(Cgs=1nF,VCgs=0.9*Vdrive)TR(nS)19492302045229Rg(ohm)10221001022100L(nH)303030808080可以看到L對上升時間的影響比較小,主要還是Rg影響比較大。上升時間可以用2*Rg*Cgs來近似估算,通常上升時間小于導通時間的二十分之一時,MOSFET開關導通時的損耗不致于會太大造成發熱問題,因此當MOSFET的最小導通時間確定后Rg最大值也就確定了,一般Rg在取值范圍內越小越好,但是考慮EMI的話可以適當取大。      以上討論的是MOSFETON狀態時電阻的選擇,在MOSFETOFF狀態時為了保證柵極電荷快速瀉放,此時阻值要盡量小,這也是Rsink
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MYLAPLACE
LV.5
14
2010-09-24 10:33
@真武閣
1:“緩沖”電阻,2個作用,減緩驅動器的電流上升速率和減慢MOS的開通時間,這2件事都是為了減低EMI(對于硬開關而言),但代價是減低了效率,顯然電阻也越大該環節的EMC越好,損耗也越大,掂量著用就是了,一般在數Ω到數十歐姆選用(很多情況下在電阻2端并一個反向二極管以加速MOS的關斷)。選用低Qg的MOS可以減少這個電阻的困擾。2:放電電阻,保證MOS在工作之前柵極的靜電被泄放,以避免上電時MOS因靜電處于導通(非控制的)狀態而帶來災禍(炸機),這個電阻萬萬不可忽視,一般在10k-100k選用。其他樓下補充[圖片]

說的不錯,學習了。

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holyfaith
LV.8
15
2010-09-24 15:14
@deep_thought
MOSFET是電壓性驅動元件,不需要大電流驅動,但由于存在結電容,每個開關周期都需要對結電容Ciss,Cgd充放電,串聯在柵極的電阻大小,就決定了對結電容充和放電速度.電阻小的話,就充放電峰值電流大,開關速度快.MOSFET的開關損耗小.但是EMI一般會變差. 同時要注意驅動電路元件的電流使用率會高.反之亦然.所以這個串聯電阻跟驅動電壓,結電容,驅動電路元件載流能力是相關的,一般取4.7-100ohm.至于,G和S間的并聯電阻,是針對MOSFET的G和S間的高輸入阻抗而加的,因為高阻抗相對于空間寄生電容來說,也可能藕合到足夠高的NOISE信號在G和S上.這個NOISE信號有可能異常開通MOSFET.假如驅動電路在關斷的時候不能保證把G用低阻抗拉到S,就需要這個電阻了.另外,這個電阻也可以防止靜態不通電時的ESD損壞.這個電阻一般取10K-100Kohm. 其實,這些是基礎的知識,你可以再看下這本書.

驅動信號到G之間有個引線電感,和GS之間的電容之間形成LC震蕩,所以要加R來阻尼這個震蕩

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斗木獬
LV.2
16
2011-06-08 20:12
MOSFET介紹 可以參考一下附件,有相關的說明和仿真。
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lumyao
LV.3
17
2012-06-20 23:14
@斗木獬
[圖片]MOSFET介紹 可以參考一下附件,有相關的說明和仿真。

謝謝分享。

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