MOSFET和IGBT柵極驅動器電路的基本原理詳細資料說明

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上傳日期: 2019-12-30

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標簽:IGBT(1044)驅動器(3448)MOSFET(2061)

  本應用報告旨在展示一種為高速開關應用設計的高性能柵極驅動電路 應用非常重要。這是一個內容詳實的主題集,可為您提供解決最常見設計難題的“一站式服務”。因此,它可為具有不同經驗的電子產品工程師提供強大幫助。本報告對目前較為流行的電路解決方案及其性能進行了分析,包括寄生器件的影響、瞬態和極端工作條件。本文從 MOSFET 技術和開關運行概述入手,按照由易而難的順序,對各類問題進行了闡述。詳細介紹了接地參考和高側柵極驅動電路的設計流程,以及交流耦合變壓器隔離解決方案。本報告還包含了一個特殊部分,專門介紹了在同步整流器應用中 MOSFET 的柵極驅動 應用非常重要。有關更多信息,請參閱 MOSFET 和 IGBT 柵極驅動器概述產品頁。應用報告中還列舉了幾個逐步設計示例。

  MOSFET – 是金屬氧化物半導體場效應晶體管的首字母縮寫詞,它是電子行業高頻高效開關領域的 關鍵 組件。讓人稱奇的是,FET 技術發明于 1930 年,比雙極晶體管要早大約 20 年。第一個信號級 FET 晶體管誕生于 20 世紀 50 年代末期,而功率 MOSFET 則誕生于 70 年代中期。如今,從微處理器到“分立式”功率晶體管在內的各種現代電子組件均集成了數以百萬計的 MOSFET 晶體管。本報告重點介紹了各種開關模式功率轉換應用中功率 MOSFET 的柵極驅動 應用非常重要。

  雙極晶體管和 MOSFET 晶體管的工作原理相同。從根本上說,這兩種晶體管都是電荷控制器件,這就意味著它們的輸出電流與控制電極在半導體中形成的電荷成比例。將這些器件用作開關時,都必須由能夠提供足夠灌入和拉出電流的低阻抗源來驅動,以實現控制電荷的快速嵌入和脫出。從這一點來看,在開關期間,MOSFET 必須以類似于雙極晶體管的形式進行“硬”驅動,以實現可媲美的開關速度。從理論上來說,雙極晶體管和 MOSFET 器件的開關速度幾乎相同,這取決于電荷載流子在半導體區域中傳輸所需的時間。功率器件的典型值大約為 20 至 200 皮秒,具體取決于器件大小。

  MOSFET 技術在數字和功率應用領域的普及 得益于 它與雙極結晶體管相比所具有的兩個主要優勢。其中一個優勢是,MOSFET 器件在高頻開關應用中使用 應用非常重要。MOSFET 晶體管更加容易驅動,因為其控制電極與導電器件隔離,所以不需要連續的導通電流。一旦 MOSFET 晶體管開通,它的驅動電流幾乎為零。而且,控制電荷大量減少,MOSFET 晶體管的存儲時間也相應大幅減少。這基本上消除了導通壓降和關斷時間之間的設計權衡問題,而開通狀態壓降與控制電荷成反比。因此,與雙極器件相比,MOSFET 技術預示著使用更簡單且更高效的驅動電路帶來顯著的經濟效益。此外,需要特別強調突出的是,在電源 應用中,MOSFET 具有電阻的性質。MOSFET 漏源端上的壓降是流入半導體的電流的線性函數。此線性關系用 MOSFET 的 RDS(on) 來表征,也稱為導通電阻。導通電阻對指定柵源極電壓和器件溫度來說是恒定的。與 p-n 結 -2.2mV/°C 的溫度系數不同,MOSFET 的溫度系數為正值,約為 0.7%/°C 至 1%/°C。正因為 MOSFET 具有此正溫度系數,所以當使用單個器件不現實或不可能時,它便是高功率 應用中 并行運行的理想之選。由于通道電阻具有正 TC,因此多個并聯 MOSFET 會均勻地分配電流。在多個 MOSFET 上會自動實現電流共享,因為正 TC 的作用相當于一種緩慢的負反饋系統。載流更大的器件會產生更多熱量 - 請別忘了漏源電壓是相等的 – 并且溫度升高會增加其 RDS(on) 值。增加電阻會導致電流減小,從而降低溫度。最終,當并聯器件所承載的電流大小相近時,便達到平衡狀態。RDS(on) 值和不同結至環境熱阻的初始容差可導致電流分布出現高達 30% 的重大誤差。

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