PFC电路中MOS管的选取3

MOS管的驱动波形
一个 MOS管在开通或者关断的时候,必定会经历一个线性区。这个线性区域在 Vgs波形上表现出一个平台,在这个平台的时候电流和电压的变化率是很大的,有很大的 dv/dtdi/dt ,由于 di/dt变化非常大,然后在 MOS管上有寄生电容,在元器件引线和走线上都存在寄生电感,如下图,那么这些寄生电容和寄生电感很容易振荡,并且由于寄生参数值也都不大,所以振荡频率很高
那么在振荡的时候, Vgs电压在平台区域就叠加了一个高频振荡。 MOS管在米勒平台区域本来就是一个线性区域,线性区域一点点电压的变化就能让 MOS管的内阻变化很大, MOS管内阻忽大忽小激烈变化,在电压上表现出来就是 Vds的电压变化率非常大,而MOS管的DS之间的电压变化率也是有一个 dv/dt耐受度的,MOS管的dv/dt一旦超标就引起 MOS管损坏。
所以,驱动电阻不能太小除了引起 EMI问题之外,也有这个原因的。为了让寄生电感更小,让影响降到最低,我们在 PCB布局布线的时候,尽量让这些主功率回路,让驱动回路尽量短,最终我们在做电源调试的时候, MOS管的驱动波形,我们是需要单独去测试评估的,不能有太大振荡
MOS管的并联问题
在一个电路中的功率器件,通常会碰到一种情况,就是这个元器件的功耗比较大,如果使用一个的话可能热很难散掉。那么对于这种情况下,我们可能想到会用两个元器件来串联,或者并联,能让功耗分散掉了这样散热会更加方便
比如我们的PFC项目,如果使用两个 MOS管串联的话只会增大总功耗,而不会分散单个 MOS的功耗,所以我们采用了并联。
我们在使用元器件串联的时候,需要考虑均压问题,而使用元器件并联的时候需要考虑均流问题
如果两个MOS管并联之后,如果不能均流,其中一个 MOS流过的电流更大,另外一个 MOS流过的电流更小,那么电流流过更大的管子将会承当大部分损耗和热量,这样就达不到我们想要的的结局了。通常情况下电阻很好串并联没什么纠结的,但是对于二极管和 MOS的并联我们就需要了解其中的一些特性去分析一下了
实际上,对于普通的分立二极管和 MOS关而言,MOS管的特性跟二极管的特性相比, MOS管是更加适合并联的,下面我们来分析一下,为什么在均流特性上分立 MOS管比分立二极管更适合并联呢?
因为分立二极管的电流特性是负温度系数,而分立 MOS管的电流特性是正温度系数。对于普通二极管而言,在正向导通的时候,都会有一个正向导通压降的,而这个正向导通压降的大小不是恒定不变的,就算电流一定时,在温度不一样的时候,正向压降也不一样
在电流一定的前提下
温度更高时:正向压降 Vf更低
温度更低时:正向压降 Vf更高
假设我用两个同品牌同型号的二极管并联使用
虽然说,二极管型号相同,但是只要是人为生产出来的东西,他总会有一些细微的差异的,比如上图,描述了 D1D2的伏安特性曲线趋势图,为了方便讲解图中体现了细微的差异,当ab之间二极管导通之后,对于 D1D2两个二极管的压降始终同一个压降 Vab,假设刚开始导通的时候电压为 Vab1, D1D2的压降虽然都是 Vab1,但是由于伏安特性的细微差异,一定会导致 D1的电流比D2的电流要大, D1D2流过不同的电流之后, D1D2相比,产生的功耗会更大一点,那么时间一长, D1的发热量一定比 D2的发热量要更大,由于D1D2的热量上升,根据二极管负温度特性,二极管的正向压降会降低,并且 D1D2热,则D1的压降会相对降到更低,那么此时D1Vf更低了,会钳位这个电压,也就是 D1Vf钳位了D2Vf,那么此时D2也不是不导通
只是说D2的压降被钳位至更低之后,根据伏安特性 D2通过的电流会更进一步变小,总电流不变的情况下 D1将承受更多电流,而D1承受更多电流之后, D1D2的温差又会进一步拉大,这样就会导致两个二极管流过的电流差异会越来越大,最终会让大部分电流都由 D1来承担,导致两个二极管不能均流,没有达到我们想要的结果,我们再看看MOS管,为何又更加适合并联使用呢,实际上功劳是归结于 MOS管导通之后的 Rdson的正温度特性,我们如果使用两个相同品牌相同型号的, MOS管并联来使用,那么对于内阻Rdson的话,虽然管子相同,但是两者之间还是会有细微的差异的,那么由于内阻 Rdson有差异,那么电流在一开始的时候,两个管子的电流分配就不够均匀。
假设,Q1的内阻比Q2内阻小一点点,流过 Q1的电流会比Q2的电流大,那么Q1的损耗会更大,温度也会更高一点,然后我们看看 MOS管的Rdson的温度曲线图,知道 MOS管的内阻是随温度升高而增大的,那么啊,Q1温度比Q2高,那么会表现出, Q1的内阻会比Q2的内阻增长的更多,那么,Q1的内阻增长上来之后, Q1的电流会得到减小,减小的电流流向 Q2,所以啊,对于两个 MOS管而言,无论哪个分流多温度偏高,都会引起内阻变大,从而会导致这个 MOS管电流下降,另外一个 MOS管的电流上升。
所以啊,对于MOS管而言内阻的正温度系数,让 MOS管并联均流有了一个天然的自动调节作用
MOS管的驱动注意事项
对于两个MOS管并联的时候,我们是希望他们是同时开和同时关的,两者越同步越好
那么,两个MOS管的驱动电路,在设计的时候,务必要共用一个驱动电路,这样才能让他们的同步性更好
如果MOS管的开关时刻没有同步,对单个 MOS管的电流太大损耗会加大不说,还可能一个导通之后,会对另外一个 MOS的寄生回路增加一个电流反抽,让驱动电压变化激烈带来一定的风险
那么对于我们的驱动电路是共用的,只是最后一个电阻分开了,分开之后更加好布局布线一点

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