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完整的分立負(fù)載開關(guān)及熱插撥設(shè)計7個步驟

發(fā)布時間:2019-02-12 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】完整的分立負(fù)載開關(guān)及熱插撥外圍電路,包括如下元件:G極電阻總和RG及其并聯(lián)快關(guān)斷二極管D1;功率MOSFET的G、S外加電容CGS1;G、D外加電容CGD1和電阻RGD。以下將介紹分立負(fù)載開關(guān)及熱插撥設(shè)計的7個步驟。
 
RG為G極電阻總和,包括功率MOSFET內(nèi)部電阻,驅(qū)動芯片上拉電阻,外加串聯(lián)電阻RG1。
 
圖1:負(fù)載開關(guān)和熱插撥完整外圍電路
 
其中,D1、CGD1和RGD為可選元件,根據(jù)電路設(shè)計要求決定是否需要外加。
 
分立負(fù)載開關(guān)和熱插撥的外圍電路設(shè)計步驟如下:
 
1、初步選取功率MOSFET
 
初步選取功率MOSFET的參數(shù)包括電壓、導(dǎo)通電阻和封裝:
 
(1)根據(jù)輸入電壓選取功率MOSFET的耐壓
(2)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求選取相應(yīng)的封裝
(3)根據(jù)穩(wěn)定工作的損耗限制,選取功率MOSFET的導(dǎo)通電阻
(4)根據(jù)功率MOSFET在線性區(qū)工作的時間和最大電流,選取安全工作區(qū)SOA滿足要求的功率MOSFET
 
2、選取外加電容CGD1
 
根據(jù)輸出電壓上電時間控制精度的要求,確定是否需要外加電容CGD1。如果需要外加電容CGD1,設(shè)定外加電容CGD1的值:
    
CGD1>10Crss
 
由此選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電容值。
 
3、選取G極外加的電阻RG1
 
米勒平臺區(qū)這個階段的時間也就是dV/dt的時間,柵極電壓恒定,流過柵極電阻RG的電流等于流過電容CGD1的電流。根據(jù)系統(tǒng)要求的輸出電壓的上電時間Ton、輸出電壓Vo、CGD1、VCC和VGP已知,由下面公式計算G極串聯(lián)總電阻RG:
 
其中,dVDS/dt=Vo/Ton
 
圖2:熱插撥起動波形
 
例如:通信系統(tǒng)-48V的熱插撥,要求軟起動的時間為15mS,那么:
 
 
如果沒有外加電容CGD1,公式中的CGD1就使用Crss代替,Crss隨電壓變化,因此最好使用QGD來計算。由RG可以得到G極額外串聯(lián)的電阻RG1的值,選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電阻值。
 
4、選取外加電容CGS1
 
 
根據(jù)系統(tǒng)浪涌電流和di/dt的要求,使用上面公式就可以求出外加的電容CGS1,由此選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電容值。不同的CGS1值可以改變過沖的峰值浪涌電流的大小。
 
5、選取是外加RGD的阻值
 
根據(jù)測試的實際情況,確定電路是否有振蕩或功率MOSFET是否有誤導(dǎo)通。如果有振蕩或誤導(dǎo)通,就需要外加RGD。CGD1串聯(lián)電阻RGD通常選取較小的值,RG>>RGD,阻值取值范圍:RGD=1-50mOhm。
 
功率MOSFET的跨導(dǎo)大,開通過程中,VGS較小的變化都會導(dǎo)致ID急劇的變化,進(jìn)而導(dǎo)致VDS急劇的變化,瞬態(tài)過程中柵極電壓容易產(chǎn)生振蕩。串聯(lián)電阻RGD可以抑制回路的瞬態(tài)高頻電流,形成阻尼振蕩從而抑止柵極的高頻振蕩,減小振蕩的幅度。
 
關(guān)斷過程中,高的dVDS/dt通過CGD1耦合到柵極形成瞬態(tài)的尖峰電壓,如果此尖峰電壓大于功率MOSFET的閾值電壓,會誤導(dǎo)通功率MOSFET,串聯(lián)電阻RGD可以減小功率MOSFET的誤導(dǎo)通。
 
6、選取G極的快關(guān)斷二極管
 
根據(jù)系統(tǒng)要求,如果需要功率MOSFET快速關(guān)斷,可以在G極外加電阻的兩端關(guān)聯(lián)二極管D1;如果功率MOSFET不需要快速關(guān)斷,可以不加這個二極管。
 
7、校核和測量電路
 
根據(jù)所選取的標(biāo)稱元件值,調(diào)試電路,校核所有參數(shù)是否滿足系統(tǒng)要求,同時校核功率MOSFET安全工作區(qū)SOA的裕量,保證系統(tǒng)的安全。如果不滿足,就要對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,然后重復(fù)上述步驟2-步驟7。
 
來源:松哥電源  
作者:劉松  
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