一、MOS管誤導(dǎo)通的根源剖析
當(dāng)MOS管由導(dǎo)通狀態(tài)瞬間轉(zhuǎn)換至關(guān)斷狀態(tài)之際,在源極與漏極之間會形成急劇的電壓變化率dVDS/dt。這一快速變化的電壓經(jīng)由米勒電容(即柵漏寄生電容)的耦合作用,會在柵極形成額外的電流。該電流流經(jīng)柵極電阻時,會造成柵極電壓的升高,進而引發(fā)電壓尖峰現(xiàn)象。若此尖峰電壓逾越了MOS管的開啟閾值電壓Vgs(th),便會觸發(fā)MOSFET的誤開通。尤其是在H橋電路架構(gòu)中,這種誤開通可能導(dǎo)致上管與下管同時導(dǎo)通,后果極為嚴重,輕則造成電路直通,重則致使一個或兩個MOS管遭受損壞。
二、MOS管誤導(dǎo)通與柵極擊穿損壞的關(guān)聯(lián)因素
MOS管的柵漏寄生電容,也就是米勒電容,是引發(fā)MOS管自開通現(xiàn)象的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)MOS管處于導(dǎo)通到關(guān)斷的快速切換過程時,源漏極之間的陡峭dVDS/dt使得電流經(jīng)米勒電容耦合至柵極,在柵極電阻上產(chǎn)生電壓降,從而抬高了柵極電壓,形成較大尖峰。當(dāng)尖峰電壓超過閾值,誤開通便會發(fā)生。同時,若柵極的尖峰電壓突破了柵源之間允許的最大電壓,還會擊穿MOS管的柵極氧化層,直接導(dǎo)致器件損壞。


三、防范MOS管誤導(dǎo)通與柵極擊穿損壞的有效舉措
精準選擇柵極串聯(lián)電阻:MOS管的柵極通常會連接一個電阻,其作用不容小覷。一方面,可限制驅(qū)動電流,防止瞬間驅(qū)動電流過大超出驅(qū)動芯片的承載能力,避免芯片受損。畢竟MOS管開啟時,對Cgs和Cgd的充電過程初始階段電容近乎短路狀態(tài),電流極大,此時串聯(lián)電阻能起到關(guān)鍵的限流與保護作用。另一方面,適當(dāng)增大柵極串聯(lián)電阻能降低開關(guān)導(dǎo)通速度,進而減小dVDS/dt,有效抑制柵極尖峰電壓,防范誤導(dǎo)通與柵極氧化層擊穿。然而,柵極電阻過大則會降低開關(guān)速度,增加功率損耗與發(fā)熱風(fēng)險;反之,過小的電阻雖能提升開關(guān)速度,卻易加劇電壓尖峰。因此,柵極電阻的選擇需在開關(guān)速度與尖峰電壓之間尋求精妙平衡。
合理串聯(lián)柵源電容:在柵極與源極之間接入電容,可吸收因dVDS/dt產(chǎn)生的柵漏電流,從而有效規(guī)避MOS管的誤導(dǎo)通以及柵極擊穿損壞問題,這是一種簡單而有效的防護手段。
并聯(lián)TVS二極管于柵源之間:

選用合適的TVS二極管(瞬態(tài)電壓抑制二極管),并關(guān)注其鉗位電壓Vc的匹配度。TVS二極管反向并聯(lián)于被保護元件兩端,在正常工作時近乎截止,不影響電路常規(guī)運行;一旦電路遭遇瞬間高電壓沖擊,它能迅速反向擊穿導(dǎo)通,將元件兩端電壓鉗位在較低水平,為MOS管提供可靠的過電壓保護。

選用合適的TVS二極管(瞬態(tài)電壓抑制二極管),并關(guān)注其鉗位電壓Vc的匹配度。TVS二極管反向并聯(lián)于被保護元件兩端,在正常工作時近乎截止,不影響電路常規(guī)運行;一旦電路遭遇瞬間高電壓沖擊,它能迅速反向擊穿導(dǎo)通,將元件兩端電壓鉗位在較低水平,為MOS管提供可靠的過電壓保護。
運用米勒鉗位電路:通過在柵源之間增設(shè)一個MOS管來構(gòu)建鉗位電路。當(dāng)電壓低于設(shè)定的米勒電壓時,比較器輸出高電平,促使柵源間的MOS管導(dǎo)通,短路米勒電容及柵極電阻的電流,實現(xiàn)柵極電壓的穩(wěn)定控制。
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