三極管 MOSFET不完全手冊

1 基極對射級下拉電阻的作用

       如果三極管不接下拉電阻,就不能設定偏制電壓,這樣會產生輸入信號的交越失真,並且輸入電流過大的時候會導致大電流直接流入三極管而損壞.三極管我們分析的時候有時候總是認爲它的內部是有二極管的效應的,但這樣是錯誤的認識,應該更正.而MOS管同樣需要一個偏制電壓,而下拉電阻可以起到這樣的作用,我們一般稱之爲GATE偏制.由於MOS管內部的三個級是彼此絕緣的,所以自然會有電容效應在,當信號消失的時候內部的等效電容可以通過下拉電阻進行放電.而且也是必須的,否則會邏輯出錯.]最典型的三極管教科書電流就是一個分壓電路後接一個射級跟隨器了.分析這個電路就完全可以理解三極管的工作原理了。

        特別是GPIO連接此基極的時候,一般在GPIO所在IC剛剛上電初始化的時候,此GPIO的內部也處於一種上電狀態,很不穩定,容易產生噪聲,引起誤動作!
[COLOR=#0000FF]加此電阻,可消除此影響!但是電阻不能過小,影響泄漏電流

    接下拉電阻時還要注意:1)但是電阻不能過小,影響泄漏電流;下拉電阻阻值不能太大,不然會導致流入基級的電流太小.2)如果是高速開關信號,儘量在下拉電阻上並連一個電容以提高高速!

 

2 MOSFET 應用

        在低電壓(100V以下)驅動應用中,多使用MOSFET作爲功率轉換器件。隨着電壓的提高,MOSFET的優勢也隨着不明顯,所以在高壓的應用場合,多使用IGBT作爲功能器件,該類器件的耐壓可以做得較高,結合了FET和三極管的優點,它的導通電阻和開關速度不比MOSFET,所以器件本身的導通損耗和開關損耗都比較大,一般需要另加散熱裝置。

        驅動MOSFET,可以選用專用MOSFET驅動IC完成電平轉換和驅動因爲MOSFET的柵-源極之間存在寄生電容,MOSFET的開和關過程,是對電容的充放電過程,如果MOSFET的驅動電路不能提供足夠的峯值電流(如1A的輸入/輸出電流),則會降低MOSFET的開關速度。另一方面,驅動橋臂的上半橋的N溝道管……

如下圖,是應用MOSFET驅動IC驅動由兩個MOSFET搭建的半橋。易注意到:在MOSFET的柵極和驅動IC的輸出之間串聯了一個電阻。這個電阻稱爲“柵極電阻”,取值一般爲10~100歐姆不等,其作用是調節MOSFET的開關速度,減少柵極出現的振鈴現象,減小EMI,也可以對柵極電容充放電的限流作用。由於驅動器和MOSFET柵極之間的引線、地迴路的引線等所產生的電感,和IC和FET內部的寄生電感,在開啓時會在MOSFET柵極出現振鈴,這是設計者不願意得到的,一方面增加MOSFET的開關損耗,同時EMC方面不好控制。柵極電阻的引入雖然影響了MOSFET的開關速度,但得到可靠的柵極波形和減少EMI。兩者之間的平衡點視實際應用而定。

 

 

       

       

        因特性決定,MOSFET的關斷速度比開啓速度慢,並大多應用希望MOSFET的關斷速度要儘量快,所以對以上電路,要求改善電路的關斷速度,可使用如下圖之電路進行改善:如圖,引入了二極管,當需要關閉MOSFET時,柵極寄生電容放電時,柵極電阻被二極管短路,所以電流不經過柵極電阻,相當於在關閉時柵極電阻不存在,這樣縮短了柵極寄生電容的放電時間,即提高了MOSFET的關斷速度。二極管使用一般的型號即可應付。對於要求更高速的應用,會使用有源主動放電,電機應用中一般不使用,這裏不作介紹

            如下電路圖,在上圖的基礎上,在半橋的浮地引入一隻電阻R3。這個電阻一方面可以設置MOSFET的開、關速度,另一方面,由於電機的線圈爲感性負載,在浮地端可能會出現負電壓,R3的引入可以作限流作用,從而保護MOSFET驅動IC的VS端。

        因此電阻會同時降低MOSFET的開關速度,故其取值不宜太大。如上所述,電機驅動應用中,電機線圈是感性負載,在VS端可能會出現負電壓,這可能使自舉電容充電時超過了+15V。

 

       

             爲了防止以上的情況發生,出於保護MOSFET驅動IC的目的,再次引入一隻二極管,用於對VS端電壓的鉗位。

         由於MOSFET爲電壓敏感器件,如在上電時,MOSFET可能出有效電壓,使MOSFET意外地導通,這也是設計者不願意看到的。

 

        R4和R5的引入相當於一個下拉電阻,使在驅動電路沒有電流輸出時,保證MOSFET的Ugs的電壓爲0,確保MOSFET被關斷。

        MOSFET的柵-源極電壓一般不能承受太高的電壓(一般是20V以下),如下電路圖所示,在MOSFET的柵極引入電壓鉗位器件,用於保護MOSFET。

 

        以上是電機驅動器的常用電機驅動電路的應用筆記,其中的觀點存在不妥甚至錯誤在所難免,但我們儘量減少這樣的失誤。如果存在這樣的情況請聯繫我們。

不同的應用,部分器件的取捨、器件的選擇等有所不同,只有理解電路中每個元件的作用,才能設計出合理的電路,達到設計的最優。除了器件,線路板(PCB)的佈局、佈線也應得到重視。


 

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