MOS管在电动车控制板中几个应用

  

MOS管在电动车控制板中几个应用

  

一、MOS管应用电路

  

MOS驱动，有几个特别的需求:

  

低压应用

 

当运用5V电源，这时分假如运用传统的图腾柱构造，由于三极管的Vbe有0.7V左右的压降，招致实践最终加在Gate上的电压只要4.3V。这时分，我们选用标称Gate电压4.5V的MOS管就存在一定的风险;同样的问题也发作在运用3V或者其他低压电源的场所。

 

宽电压应用

 

输入电压并不是一个固定值，它会随着时间或者其他要素而变动。这个变动招致PWM电路提供应MOS管的驱动电压是不稳定的。

为了让MOS管在高VGate下安全，很多MOS管内置了稳压管强行限制VGate的幅值。在这种状况下，当提供的驱动电压超越稳压管的电压，就会惹起较大的静态功耗。

同时，假如简单的用电阻分压的原理降低VGate，就会呈现输入电压比拟高的时分，MOS管工作良好，而输入电压降低的时分VGate缺乏，惹起导通不够彻底，从而增加功耗。

 

双电压应用

 

在一些控制电路中，逻辑局部运用典型的5V或者3.3V数字电压，而功率局部运用12V以至更高的电压。两个电压采用共中央式衔接。

这就提出一个请求，需求运用一个电路，让低压侧可以有效的控制高压侧的MOS管，同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问题。

在这三种状况下，图腾柱构造无法满足输出请求，而很多现成的MOS驱动IC，似乎也没有包含Vgate限制的构造。于是设计了一个相对通用的电路来满足这三种需求。用于NMOS的驱动电路如下所示：

                

Vl和Vh分别是低端和高端的电源，两个电压能够是相同的，但是Vl不应该超越Vh。

Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱，用来完成隔离，同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。

R2和R3提供了PWM电压基准，经过改动这个基准，能够让电路工作在PWM信号波形比拟陡直的位置。

Q3和Q4用来提供驱动电流，由于导通的时分，Q3和Q4相对Vh和GND最低都只要一个Vce的压降，这个压降通常只要0.3V左右，大大低于0.7V的Vce。

R5和R6是反应电阻，用于对gate电压停止采样，采样后的电压经过Q5对Q1和Q2的基极产生一个激烈的负反应，从而把gate电压限制在一个有限的数值。这个数值能够经过R5和R6来调理。

R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制，R4提供了对MOS管的gate电流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的时分能够在R4上面并联加速电容。

 

二、MOS管驱动

 

在MOS管的构造中能够看到，在GS，GD之间存在寄生电容，MOS管的驱动，实践上就是对电容的充放电。对电容的充电需求一个电流，由于对电容充电霎时能够把电容看成短路，所以霎时电流会比拟大。选择MOS管驱动时第一要留意的是可提供霎时短路电流的大小。

另外：普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需求是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同，所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。假如在同一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要特地的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要留意的是应该选择适宜的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压，设计时当然需求有一定的余量。而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。如今也有导通电压更小的MOS管用在不同的范畴里，但在12V汽车电子系统里，普通4V导通就够用了。

 

三、MOS在电动车控制器中的应用

 

我们电动车上用的功率mos常cmos集成电路中的小功率mos构造是不一样的。小功率mos是平面型构造。而电动车上上用的功率mos是平面构造。平面型构造是指，mos栅极，源级和漏级都在芯片外表(或者说正面)，而沟道也在芯片外表横向排列。(我们常见的教科书的引见mos原理普通都是拿平面构造引见)。

 

而功率mos的平面构造(沟道是深槽平面构造)是栅极和源级引线从芯片正面引出(其实栅极也不在外表而是内部，只是比拟靠近外表)，而漏级是从芯片反面引出(其实整个芯片反面都是漏级衔接在一同的，整个个漏级用焊接资料直接焊接在金属板上，就是mos的金属背板，普通是铜镀锡的)，所以我们见到的mos普通金属板和中间引脚(就是漏级)是完整导通的(有些特殊的封装是能够做到金属板和中间脚绝缘的)。 

 

功率mos内部从漏级到源级是有一个二极管的，这个二极管根本上一切的功率mos都具有，和它自身构造有关系(不需求单独制造，设计自身就有)。当然能够经过改动设计制造工艺，不造出这个二极管。但是这会影响芯片功率密度，要做到同样耐压和内阻，需求更大的芯片面积(由于构造不同)。大家只是晓得这回事就行了。

 

我们所见的mos管，其实内部由成千上万个小mos管并联而成(实践数量普通是上千万个，和芯片面积和工艺有关)。假如在工作中，有一个或几个小管短路，则整个mos表现为短路，当然大电流短路mos可能直接烧断了(有时表现为金属板和黑色塑封间开裂)，又表现为开路。

 

大家可能会想这上千万个小mos应该很容易呈现一个或几个坏的吧，其实真没那么容易，目前的制造工艺根本保证了这些小单位各种参数高度分歧性。它们的各种开关动作简直完整分歧，当然最终烧坏时，肯定有先接受不了的小管先坏。所以管子的稳定性和制造工艺密不可分，差的工艺可能招致这些小管的参数不那么分歧。有时一点小的工艺缺陷(比方一个1um以至更小的颗粒假如在关键位置)常常会形成整个芯片(缺陷所在的管芯)报废。

 

四、MOS开关管损失

 

MOS管导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上耗费能量，这局部耗费的能量叫做导通损耗。小功率MOS管导通电阻普通在几mΩ-几十mΩ左右。

MOS在导通和截止的时分，一定不是在霎时完成的。MOS两端的电压有一个降落的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。

导通霎时电压和电流的乘积很大，形成的损失也就很大。缩短开关时间，能够减小每次导通时的损失;降低开关频率，能够减小单位时间内的开关次数。这两种方法都能够减小开关损失。

 

五、MOS管电路的特性

  

用低端电压和PWM驱动高端MOS管

用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管

 

VGate的峰值限制

 

输入和输出的电流限制经过运用适宜的电阻，能够到达很低的功耗

 

PWM信号反相。NMOS并不需求这个特性，能够经过前置一个反相器来处理。

电动车常用的MOS型号MCC,为MCB130N10Y MCAC80N10Y ，雷卯电子都有对应替代型号已批量在出货详询代理和业务。