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淺析MOS管開關頻率最大多少及其如何測算-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2021-12-10 

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MOS管開關頻率如何測算


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


以IRF840的參數計算,假定門極電壓10V,那么電容量為63nC/10V=6.3nF。與10千歐放電電阻時間常數為63us。但是,不是經過一個時間常數之后MOS管就關斷了,而是門極電壓下降到Vg(th)以下MOS管才會關斷。這段時間與MOS管型號有關,與門極充電達到的電壓有關(實際上門極電容并不是線性電容),不太準確的估計,可以把門極電容放電時間估計為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),估計充電時間為0.06ms。那么充電放電時間一共是0.18ms。該MOS管在此電路中最大開關工作頻率為5.5kHz。


MOS管開關電路

下為一張典型的N溝道增強型MOS管開關電路原理圖:


D1作用:

續流二極管


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):規格書中一般會標注Ciss、Coss、Crss:

Ciss = Cgs + Cgd

Coss = Cds + Cgd

Crss = Cgd

如圖Ciss=587pF,假設VGs=24V,dt=Tr(上升時間)=20ns,則MOS管在開關時的瞬間電流I = Ciss * dVgs / dt = 0.7A


當在柵極串接一個電阻(幾Ω~上千Ω)時,會與Ciss形成RC充放電回路,從而減小瞬間電流值


2、調節MOS管的通斷速度,有利于控制EMI:同時,加上R1后,MOS管通斷切換時間會變慢,有利于控制EMI;但是如果串接的電阻太大,會導致柵極達到導通電壓的時間變長,也就是說MOS管處在半導通狀態的時間太長,此時MOS管內阻較大,Rds->Rdson的時間比較長,Rds會消耗大量的功率,可能導致MOS管因發熱而損壞。


3、抑制柵極振蕩:MOS管接入電路后,引入引線寄生電感,會與寄生電容形成LC振蕩電路,對于方波這種開關波形信號來說包含很多頻率成分:


那么就可能在某個諧振頻率相同或者相近時形成串聯諧振電路,串接一個電阻后會減小振蕩電路的Q值,從而使振蕩快速衰減。


R2作用:

1、G極對地電阻(一般5KΩ~數十KΩ),通過下拉為MOS管提供一個固定偏置,避免當IC驅動口處于高阻態的情況下G極受到干擾信號使MOS管意外導通。


2、泄放電阻,通過這個電阻泄放掉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之間的等效電容產生很高的電壓,此時由于RGS很大,感應電荷難以釋放,以致于高壓將MOS管很薄的絕緣層擊穿,損壞MOS管)從而保護MOS管,如果沒有這個電阻,MOS管容易受到外界干擾意外導通燒壞,此外在MOS管工作不斷開通關斷的時候對寄生電容進行適當的放電以保護MOS管。


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