NMOS管特性

Vgs  > 一定值，導通，

應用：源極接地，低端驅動；

柵極電壓 > 參數(shù)手冊中給定Vgs，漏極D接電源，源極S接地。

Vgs是柵極G與源極S的電壓差；

NMOS作為高端驅動，當漏極D與源極S導通，漏極D電勢=源極S電勢，

柵極G電壓 > 源極S與漏極D電壓，漏極D與源極S繼續(xù)導通。

 

MOS管開關電流波形分析

如上圖所示：

MOS代替雙極結型管

ids = ic   Vds=Vce   Coss=Cds 輸出電容

MOS管開始導通，輸出電容Coss保持Vds電壓，Ids電流不斷變大，Vds電壓開始下降，直到MOS管完全開啟。

 

開啟過程由Miller Plateau造成的

第一階段：Vgs < Vth  MOS管關斷，Ids = 0 Vds=high   ig充電Cgs； 

第二階段：Vgs > Vth  MOS管開啟，Ids從0增加到iL被外部電流源電感鉗住，Coss（Cds）的電壓不變保持Vds；

第三階段：Miller plateau，Vgs > Vth  MOS管保持開啟，Coss開始discharge，Vds電壓開始下降，Cgd開始被ig充電，Vg不變；

第四階段：Vd下降至0點附近，ig繼續(xù)給Cgs，Cgd充電；

第五階段：Vg到gate driver預定電壓，MOS管開啟完成；

 

Switching Loss是在MOS管開啟時VDS上有原始電壓，Ids和Vds重疊所引起的；

Coss能量極短時間內被釋放，電容上能量會損失掉

Loss=0.5*Coss*Vds^2*fs

 

非零電壓開啟Non Zero Voltage Switching，給PCB，MOS寄生電感，電容形成諧振腔引入很大dv/dt或di/dt激勵，然而引起很大ringing，或者超過MOS管額定電壓，那么MOS管直接燒壞；

 

避免MOS管燒壞解決方案

實現(xiàn)軟開關開啟Zero Voltage Switching Turn on

 

在開啟MOS管前，Vds=0，Ids和Vds不重疊，

turn on switching loss=0   無igh di/dt及dv/dt，ringing問題；

 

PWM converter；

例如：兩個MOS管half bridge或buck converter

 

 

half bridge 實現(xiàn)ZVS turn on

Q1開啟，電流流進switching node （vsw），電感電流值 < 0，

Q2開啟，電流流出switching node （vsw），電感電流值 > 0，

 

Q1開啟過程：

電感電流iL<0，關閉Q2，

Q1未開啟，deadTIme中iL會charge Q2的Coss，使Vsw升高 ≤ Vin，

Q1的body diode導通，鉗位住Vsw到Vin

此時：Q1的Vds  Vin-Vsw=0  開啟Q1實現(xiàn)ZVS；

 

Q2開啟，電感電流>0，先關閉Q1管，Vsw被電感電流拉低至0，

iL > 0， Q2的Coss  discharged到0，開啟Q2，實現(xiàn)ZVS；

 

 

resonant converter（諧振變換器）

 

開啟MOS管前，Vds=0

resonant converter 的half bridge

Impedance=inducTIve，是感性的，switching node流出電流I滯后電壓V，實現(xiàn)ZVS turn on；

 

 

若：電流I是滯后電壓V，Q1開啟前電流I <0 會charge Q2的Coss，

dischargeQ1的Coss，讓V到Vin，Q1實現(xiàn)ZVS turn on；

Q2開啟前，電流I> 0，discharge Q2的Coss，charge Q1的Coss，讓V=0，Q2實現(xiàn)ZVS;

 

 

ZVS buck converters：在設計上，開關頻率小點，電感值小點，讓電感電流ripple足夠大，能達到負值。

Resonantconverter：通過積分方法，算出i與t的積分，讓it積分 > Coss上charge。

若：已知impedance，算出V與I的phase shift，后換算成時間td，在td上對電感電流進行積分，此積分 ≥ Coss*Vin;