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      6. MOS管電路加反向電壓導通原因詳解
        • 發布時間:2022-03-24 18:07:26
        • 來源:
        • 閱讀次數:
        MOS管電路加反向電壓導通原因詳解
        我們在MOS管廠家提供的datasheet中看到的功率MOSFET的原理圖符號都會包括一個寄生器件——體二極管。
        體二極管是MOS管器件結構固有的。盡管隨著這么多年的發展,功率 MOSFET的結構和器件設計發生了許多根本性變化,但體二極管卻仍然存在。
        MOSFET 反向 導通
        MOSFET 原理圖,配有體二極管
        體二極管作為原理圖符號直接存在于MOS管原理圖結構中確實是一種奇怪的現象。
        比如說,MOSFET也有三個寄生電容,比如GS,GD,DS之間的等效寄生電容,盡管它們也會影響MOS管開關的動態性能,在某些電路條件下可能會導致開關故障,但是MOS管原理圖結構中卻沒有體現。
        這足以說明了體二極管的存在成為了整體 MOSFET 器件一部分。
        MOSFET 反向 導通
        實例分析
        功率 MOSFET 應用一般涉及驅動電感性負載器件,無論是半橋還是全橋配置。比如說降壓轉換器的拓撲就是一個典型的例子。高端 FET 的工作占空比D大約等于Vout/Vin。
        當Q1開關關閉時,電感電流在給定的時鐘周期內斜升至峰值??刂破鲗⒃赒1關閉和Q2開啟之間施加一定量的死區時間,以防止二者直接導通。
        盡管如此,電感器由于其儲能續流特性,仍會嘗試保持其電流,將開關節點(Q1,Q2公共點)拉至負壓,直到Q2的體二極管導通。
        即使在Q2開關打開后,體二極管在trr期間也不會關閉,trr二極管的反向恢復時間,在此期間內PN 器件內的電荷需要重新組合,才能實現反向關閉。
        MOSFET 反向 導通
        典型的降壓轉換器拓撲
        在這種情況下,MOSFET損耗模型中的兩個部分與體二極管相關。第一個是二極管導通間隔期間的I L?V D項(也就是體二極管的損耗)。
        這明顯大于開關的 I2 ?Rds(on)損耗,所以在設計降壓轉換器時要最小化開關死區時間。第二個是復合電流,它增加了流經開關 Rds(on)的電感電流。
        這導致I2R 損耗略高,并且相應的開關的工作溫度更高。由于Rds(on) 表現出正的 TCR(電阻溫度系數),器件耗散進一步上升,導致器件整體溫升偏高。
        MOSFET 反向 導通
        降壓轉換器波形
        解決方案
        那么如何從根本上消除體二極管對開關管工作的影響呢?我們可以與體二極管并聯一個肖特基二極管,這是因為肖特基二極管的正向導通比較低,可以防止體 PN 結正向偏置。
        肖特基二極管是多數載流子器件,反向恢復時間也更快。需要注意的是要確保使用短而寬的走線連接肖特基和 MOSFET,因為即使很小的雜散電感也會降低肖特基二極管的效率。
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