MOS管电路的应用及注意事项
MOS管电路的应用及注意事项
MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）在现代电子设备中扮演着至关重要的角色，特别是在电源管理电路中。本文将深入探讨Buck电路中MOS管的应用及其相关注意事项，包括死区时间、电感电容选择、MOS管烧毁原因、波形时间、GS电阻作用等多个专业话题，并配有相关电路图和波形图，具有较高的技术含量和实用价值。
1. Buck电路的上下桥死区时间多少合适
死区时间由驱动芯片控制的，外围电路增加阻容会导致上升沿时间变长。死区时间从单片机PWM到驱动电路再到MOS管的栅极都有一定的硬件延时，所以具体时间需要根据调试确定。例如充电芯片的buck电路，有死区配置时间。
死区时间太长，PWM的最大占空比做不上去，电机的功率也就上不去。死区时间初始值可设置为4us然后在根据示波器调试确定最终的死区时间。载频低了，电机会有噪音一般载波频率在15KHZ到20KHZ。载频高了，开关损耗太大。
2. Buck电路电感电容过大过小有什么影响
电感大，虽然可以使得较小的输出电容容值就能满足较低的输出电压纹波要求，并有效去除电流涟波，但同时也会增加元件的成本和体积，增加输出纹波，并降低转换效率。
电感小，可能导致开关周期无法正常完成磁场存储能量和电荷的平衡，从而影响输出电压和电流的稳定性和质量。此外，电感过小还可能导致电感过饱和，使电路效率低下，发热增大。
电容过大，虽然可以提供更好的滤波效果，但其充电和放电时间会变长，可能导致输出电压的响应变慢，不利于瞬态响应的需求。此外，过大的电容还会增加电路的成本和占用空间。
电容过小，会影响电压的稳定度，增大电源纹波电压，降低电源承载负载变化的能力。在瞬态负载变化时，过小的电容可能无法提供足够的电流，导致输出电压波动增大。
3. Buck电路为什么会烧mos管的原因
GS振荡与过冲：当Buck电路中的GS（栅源）之间发生振荡或出现过冲现象时，可能导致MOSFET承受过高的电压或电流，从而引发其烧毁。
DS振荡过冲的电压失效：DS（漏源）之间的振荡过冲也可能导致MOSFET承受过高的电压，超出其承受范围，进而损坏。
上下管直通的短路失效：在某些情况下，如果上下管之间发生直通现象，形成短路，可能会导致电流过大，从而烧毁MOSFET。
热失效：由于MOSFET在工作过程中会产生热量，如果散热不良或工作环境温度过高，可能导致MOSFET过热而烧毁。
输入电压过高：如果Buck电路的输入电压超过MOSFET的额定电压，那么MOSFET可能会因承受过高的电压而损坏。
驱动信号问题：如果MOSFET的驱动信号存在异常，如驱动电压不足或驱动信号时序错误，也可能导致MOSFET工作异常，进而损坏。
4. 互补方波的波形时间
- ton：Turn-On time，开通时间。
- td（on）：Turn-On delay time,开通延时。
- tr：Rise time，上升时间。
- toff：Turn-Off time,关断时间。
- td(off)：Turn-Off delay time,关断延时。
- tf：Fall time，下降时间。
- (di/dt)on：Turn-On current slope，开通电流（波形）斜率，单位为A/μs。
5. MOS管G极与S极之间的电阻作用
反激电源图：R3为GS电阻
用一个简单的实验证明GS间电阻的重要性：取一只mos管,让它的G极悬空,然后在DS上加电压,结果发现输入电压才三四十伏的时候,MOS管的DS就会直接导通，如果不限流则可能损坏。按说此时没有驱动，MOS管不应导通。但其实由于MOS管寄生电容的存在,当在DS之间加电压时，加在DS之间电压会通过Cdg给Cgs充电,这样G极的电压就会抬高直到mos管导通。（假如采用变压器驱动,变压器绕组可以起到放电作用,所以即使不加GS电阻,在驱动没有的情况下,管子也不会自己导通）
在GS之间并联一个电阻（阻值约为几K到几十K），可以有效保障MOS管正常工作。首先，门极悬空时DS之间电压不会导致MOS管导通损坏，同时在没有驱动时能将MOS管的门极钳在低位，不会误动作，能可靠通断。
6. 栅极电阻作用
减少gs震荡
R51的栅极电阻可以控制MOS管的GS结电容的充放电速度。对于MOS管而言，开通速度越快，开通损耗越小。但是速度太快容易引起震荡，震荡波形（GS之间，这个震荡与MOS管的米勒效应有关）如下左图所示，而正常不震荡的波形如下右图所示。所以实际使用中希望开通速度尽量快，但是又不能发生震荡。此时需要根据实际调试的波形确定R51的阻值。
此外开通太快引起容易产生EMC的问题，此时因为du/dt很大，开通快dt小，那么DS开通过程中DS两端的压差在变小，如果Vbus的电压高，那么电压的变化du很大，所以du/dt很大。
7. GS电容放电电阻
R54的电阻是给GS电容提供放电回路，这个电阻的取值一般在10-50K之间。在板子没有上电的时候，有这个电阻GS之间就不会提供静电荷，尤其在搬运过程中，GS电容之间很容易积累电荷，或者静电作用到MOS管的G极，此时给GS电容充电可能会导致MOS管误导通。那么一旦上电后可能导致同一桥臂的MOS管同时导通造成短路。
8. GS加电容作用
C45电容调整GS电容的充放电时间，因为和GS电容并联
给米勒电容提供泄放回路，如下图所示。MOS管的GD之间存在一个结电容称为米勒电容，下管导通时Vbus会有一部分电流流过这个米勒电容。米勒电容和C45串联，可以间接减少米勒电容（电容越串越小），改善米勒效应的影响。
如下图所示为实际的波形。黄色波形对应MOS管开通，可见他的开通已经增加了一段死区时间。黄色波形红圈圈出来的地方为米勒平台，一般可以认为在平台区MOS管就开通了。紫色波形对应MOS管关断，紫色波形红圈处有一个向上的凸起，这是因为同一桥臂的两个MOS管另种一个管子导通对另一个管子的影响，这个影响是由米勒效应导致的。
9. 逆变器，上下mos的几种控制方式
如上图所示，为一相的逆变桥。上下MOS管不能同时导通，那么可以有几种控制方式：
PWM控制上管，下管电平控制（恒高或者横低）；
PWM控制下管，上管电平控制；
上下管都是PWM控制；
单桥臂载波 单桥臂载波 互补载波，也就是上下管的PWM是互补的，这样才能不同时导通。
在方波六步换相控制时使用较多 在方波六步换相控制时使用较多
常用的是第1种方式原因是MOS管用的是N管。上管的MOS管想要正常工作，需要给自举电容充电（注意是外部的自举电容，而非GS结电容）如果用方式1，即上管PWM下管电平，那么下管始终打开，不会影响自举电容的充电，自举电容充电速度快。如果用方式2，即上管电平下管PWM，那么在速度很低、PWM占空比很小的时候，下管的PWM占空比会影响自举电容的充电，有可能导致自举电容充电充不满，此时上管可能无法正常打开或者关闭。
总结：如果使用一路恒定打开，那么通常选择下管恒打开，因为上管的自居电容的充电在下管导通时。
10. Buck电路中的自居电容
自举电容的作用总结
自举电容连接在CB和SW引脚之间；
用于驱动高侧MOS管的栅极；在高侧MOS管关断并且低侧二极管导通时，自举电容被刷新(充电)。
- PS：如果上管是P管，那么就不需要自举电容。但是P管价格贵，且功率相对N管低。