驱动mos管二极管:驱动MOS管时,为什么通常需要并联一个二极管?
Q: 驱动MOS管时,为什么通常需要并联一个二极管?
A: 驱动MOS管时并联二极管主要用于续流和钳位。根据《电力电子技术》教材(王兆安等,机械工业出版社),在感性负载电路中,MOS管关断时负载电感会产生反向电动势,并联续流二极管可提供电流通路,防止过压击穿MOS管。此外,在驱动电路中,快恢复二极管可加速栅极电荷泄放,提高开关速度,降低开关损耗。
Q: MOS管体二极管的作用是什么?与外部并联二极管有何区别?
A: MOS管体二极管是结构内部寄生二极管,由源极和漏极之间的PN结形成。根据国际整流器公司(IR)应用笔记AN-1001,体二极管可承受反向电流,但在高频开关电路中反向恢复时间较长,易导致损耗和噪声。外部并联二极管通常选用快恢复或肖特基二极管,反向恢复时间短,可改善续流性能,降低体二极管应力。
Q: 在MOS管驱动电路中,如何选择续流二极管的参数?
A: 选择续流二极管需考虑反向耐压、正向电流和反向恢复时间。根据《MOSFET驱动电路设计指南》(德州仪器,SLUA618),反向耐压应高于电路最大电压的1.2倍;正向电流需大于负载电流峰值;反向恢复时间应远小于开关周期,以减少损耗。高频应用推荐肖特基或快恢复二极管,同时需注意结电容对驱动波形的影响。
Q: 驱动MOS管时,二极管如何影响开关速度?
A: 驱动MOS管时,二极管主要影响栅极电荷的泄放路径。根据《功率MOSFET驱动技术》(英飞凌应用笔记AN-2013-01),在关断过程中,若在栅极电阻上并联快恢复二极管,可为栅极电容提供低阻抗放电通路,加速关断。但二极管反向恢复可能引起振荡,需配合适当栅极电阻。此外,续流二极管的反向恢复特性也会影响开关速度与EMI。
Q: MOS管驱动中,二极管钳位电路的作用是什么?
A: 二极管钳位电路用于限制MOS管栅源电压,防止过压损坏。根据《MOSFET栅极驱动设计》(安森美应用笔记AND9083),在栅极驱动路径中,背靠背稳压二极管或TVS二极管可钳位栅源电压在安全范围内(通常±20V)。当驱动信号超过阈值时,钳位二极管导通,将多余电荷泄放,保护氧化层绝缘。同时可抑制振铃,提高系统可靠性。
关于“驱动mos管二极管”的对话
交流“驱动mos管二极管”的常见场景
【硬件工程师小李】 张工,我最近在做一个电机驱动电路,用到MOS管,但是发现关断时总有电压尖峰,是不是跟体二极管有关?
【资深电源专家张工】 小李啊,这个现象很常见。MOS管内部确实有一个体二极管,它是寄生结构的一部分。关断时,电机绕组的电感电流会通过体二极管续流,如果布局不好,尖峰就来了。
【硬件工程师小李】 体二极管?我以为只有外部加的那个续流二极管才有用。MOS管内部的体二极管有什么特点?
【资深电源专家张工】 体二极管是MOSFET结构本身形成的,从源极到漏极。对于N沟道MOS,源极是阳极,漏极是阴极。它的反向恢复特性通常比较差,特别是普通MOS,反向恢复时间可能几百纳秒。
【硬件工程师小李】 那在电机驱动H桥里,体二极管是不是就充当了续流路径?
【资深电源专家张工】 对,H桥中每个MOS关断时,感性负载的电流会通过对面MOS的体二极管或者自己下方的体二极管续流。所以体二极管必须能承受续流电流和反向恢复。
【硬件工程师小李】 我测到尖峰电压超过了MOS的VDS额定值,是不是因为体二极管反向恢复太慢?
【资深电源专家张工】 有可能。反向恢复时,体二极管先导通,然后要恢复阻断,这个过程中会有一个反向电流,叠加在关断的di/dt上,产生电压尖峰。另外,PCB走线的寄生电感也会加剧。
【硬件工程师小李】 那怎么解决呢?加RC吸收?还是换MOS?
【资深电源专家张工】 几个方向:第一,选反向恢复电荷Qrr小的MOS,比如快恢复体二极管或COOLMOS;第二,优化布局,减小功率回路面积;第三,加RC吸收或TVS钳位;第四,如果频率不高,可以并联肖特基二极管来分流。
【硬件工程师小李】 并联肖特基?那肖特基的正向压降比体二极管低,是不是大部分续流电流走肖特基,体二极管就不导通了?
【资深电源专家张工】 没错。肖特基没有反向恢复,但要注意它的耐压和漏电流。如果并联,体二极管可能因为压降不够而完全不导通,这样就没有反向恢复问题。不过肖特基的结电容也会影响。
【硬件工程师小李】 那我用外部快恢复二极管并联呢?
【资深电源专家张工】 也可以,但快恢复二极管也有反向恢复,只是比体二极管好。要选Qrr小、trr短的。不过要注意并联均流,因为两个二极管正向压降不一致时,电流分配不均。
【硬件工程师小李】 明白了。那在驱动电阻上有没有讲究?关断时要不要加负压?
【资深电源专家张工】 关断速度影响di/dt。如果关断太快,di/dt大,尖峰就高。可以适当增大关断电阻,减慢关断。负压关断可以防止误开通,但对体二极管反向恢复没直接帮助。
【硬件工程师小李】 那我先试试换低Qrr的MOS,再优化一下PCB回路。如果还不行,再加RC吸收。
【资深电源专家张工】 对,一步步来。记得测一下体二极管的反向恢复波形,看看Qrr和trr。还有,别忘了温度影响,高温下反向恢复会更差。
【硬件工程师小李】 好的,谢谢张工!我这就去改板测试。
【资深电源专家张工】 不客气,有问题随时讨论。注意安全,别炸管了!