为什么我的MOSFET振荡?
mosfet是电子产品中最重要和最普遍的器件,无论是在集成电路中还是作为离散元件。MOSFET的使用非常简单:它们作为一个快速开关,可以通过向栅极终端施加电压而触发,栅极电压可以在逻辑电平上。当器件被调制为ON时,这允许实现非常高的增益,并且这些器件可以快速切换到脉冲驱动器等应用。
任何时候有一个驱动MOSFET的快速开关事件,都有可能在负载电路中激发一个欠阻尼振荡。这将更常被称为振铃,它是可取的,以防止这种情况发生在许多电路。为了识别潜在的MOSFET振荡,PCB布局和组件安装方法中有许多寄生元件必须被识别。在本指南中,我们将说明防止寄生振荡的简单方法。
MOSFET振铃和振荡
当一个电路被一个MOSFET驱动,并且MOSFET被快速地打开与一个脉冲应用到门端子,有两种可能的响应。
- 响
- 振荡
振铃是初始的瞬态响应,由于MOSFET电路中的无源电阻,它将衰减为零。就像RLC电路一样标准振荡器电路,由MOSFET驱动的电路可以显示振荡,振荡的类型或频率可以根据电路中的负载类型而变化。
所有设计用于功率传输的MOSFET都有三个共同的因素,当MOSFET及其负载电路被激发时,这些因素将导致无意振荡:
- 大跨导增益
- 寄生电容
- 寄生电感
MOSFET中的寄生电感通常来自于元件引线和连接到电路的走线,并且端子之间的互连可以创建一个具有反馈的电路。当它与负载或MOSFET体中的电容相互作用时,结果是寄生振荡。这样的振荡可以有很大的超调,这将破坏负载,MOSFET,或两者。
驱动的振荡
功率mosfet可以交流或直流驱动,典型的交流驱动是PWM信号或an交流正弦信号.然而,一般来说,任何周期的交流波形(甚至是调制波形)都适用于驱动MOSFET。下表描述了驱动振荡如何导致MOSFET电路,以及它们如何与振铃共存。
驾驶方法 |
响应类型 |
描述 |
快速脉冲 |
响 |
带有衰减振荡的瞬态响应 |
PWM脉冲流 |
响 |
边缘重复瞬态激励,平均直流输出 |
连续交流波 |
驱动的振荡 |
会有一个初始的瞬态响应,但这衰减和响应稳定为交流波 |
Sigma-delta调制脉冲流 |
振铃+振荡 |
边缘瞬态响应衰减,平均功率呈正弦输出;这非常类似于一个简单的PWM信号 |
当功率MOSFET被驱动在一个稳定的状态(纯粹的交流正弦或直流驱动),然后任何初始振荡将衰减,不会持续。在这些情况下,跨导接近于零,MOSFET根据其传导载重线特性.
寄生振荡何时产生?
寄生振荡产生于通过正反馈的无意驱动,这是由于寄生在MOSFET组件。当负载电流突然变化(开关或短路),或在跨导快速增加的瞬态开关期间,功率MOSFET容易发生寄生振荡。由开关事件引发的振荡也会缓慢衰减,所以它们看起来像振铃,但当重复激励时,它们可以持续。
由于正反馈,在MOSFET驱动电路中观察到寄生振荡。【来源:罗门哈斯]
稳定性的类型
描述MOSFET电路中发生的事情的更好方法是通过线性稳定性分析。这可以通过查看传递函数电路被一个MOSFET驱动。
注意,这仍然是一个LTI问题;我们这里没有非线性稳定性的问题,所以传递函数方法仍然是合适的。换句话说,MOSFET的增益只是一个比率,它不是传递给负载的功率的递增函数。因此,在mosfet中观察到的稳定性有三种类型:
- 不稳定衰变轨道(门脉驱动)
- 具有瞬态上升/下降的稳定极限环(由正弦门信号驱动)
- 稳定极限环是两个或多个唯一稳定极限环的线性组合(复合正弦信号)
- 具有叠加衰减轨道极限环的稳定极限环(sigma-delta调制信号)
上面的第1点描述了振铃,而上面的第2点到第4点分别描述了施加到栅极上的电压变化时的驱动振荡。传递函数,特别是传递函数中的极点,可以用pole-zero分析在SPICE这样的电路模拟程序中。
当您准备好创建和模拟mosfet驱动电路并识别振荡时,您可以使用中的仿真工具设计和模拟电路PSpice软件从节奏.PSpice用户可以访问功能强大的SPICE模拟器以及专业设计功能,如模型创建、绘图和分析工具等等。
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