【元器件专题】MOS管上下桥设计详解(死区时间)

双MOS构造的上下桥互补电路,如果设计不合理会造成上下管同时导通的风险。

S1为上桥GS驱动信号,

S2为下桥驱动信号,

假设驱动信号逻辑如下:

理想情况下,

S1为低电平时,S2为高电平时,那就是上桥关断,下桥开通,下桥关断,上桥开通。

因为MOS的关断和开通是有时间延迟的,并不是理想的瞬间就能立刻完全关断和开通,

那么有可能上下桥都开通了,这样的话就会造成电源和地短路。

那就要中间设计一小段时间的延时

这个中间一小段延迟时间就是确保上桥完全关断的时间,就是常说的"死区时间"

这个死区时间通常设计为2-3us,具体问题具体分析。

上桥关闭下桥开通需要设计死区时间,同理下桥关闭上桥开通也要设计死区时间,如下图:

依次循环,整个周期都需要设计死区时间,因此S1,S2的这种带有死区时间的PWM控制方式叫做:互补输出

好,接下来分析上下桥互补输出对MOS管彼此是否会产生影响?

加上MOS管的驱动电阻和下拉电阻,如图:

在前面分析了,任何一个MOS管开通前,是需要等待一段死区延时时间,

也就是说,在死区区间,这两个MOS管都是处于关闭状态。

假设死区时间过了,当上管M1开始导通时,对下管M4会带来什么影响呢?,这时U点的电压是如何变化的?

第一种情况,当两个管子一直是关闭的,第一次M1开通,U点的电压可以是0-310的任意电压值(可以用示波器测试下),此时U就是处于那种不确定的情况,浮空高阻状态。

复制代码
浮空 = 没有接到电源、GND 任何确定电位;高阻 = 节点和电源 / 地之间阻抗无穷大,几乎没有电流通路
合起来:引脚 / 节点既不接 VCC、也不接地,两边全是断开的高阻隔离,没有固定电位。
M1 关→U 和 + 310V 之间断开;M4 关→U 和 GND 之间断开
U 只连着 MOS 微小寄生电容 Cds,没有直流泄放回路:
寄生电容容量极小,一丁点干扰电荷就能改变电压;
静电、空间辐射、走线耦合杂波,都会给电容充放电;
→ U 电压不固定,随机飘在 0~310V 之间任意数值,这就是浮空高阻。

延伸:栅极 G 极浮空的危害(你电路里 R2=18K 就是防浮空)

如果去掉 18K 下拉电阻,MOS 关断后 G 极浮空高阻:米勒电容 Cgd 耦合过来的尖峰电荷无处泄放,Vgs 慢慢抬升,超过 Vth 就管子误导通,上下管直通炸机,所以加下拉电阻把 G 极牢牢拉到 GND,破除浮空。

一句话记忆:

浮空高阻 = 没地方固定电压,电位随干扰乱跑;接上电源 / 地 / 导通器件,就退出浮空,电压固定。

U点可能存在高的dv/dt,di/dt。

上桥开通时间越短,dv/dt就会越大,那么U点产生的dv/dt,就会对下管的GS产生电压影响。继续分析。

dv/dt越快,频率越高,当频率高到一定程度就有可能通过Cgd和Cgs电容。

那么,Cgd和Cgs会同时充电。

两个电容串联充电会产生分压,因此Cgs上一定会产生分压。

当分压达到MOS管的开通阈值电压时,那就可能误导通。

改善方法:

  • 减小R2
  • 增大Cgs
  • 并电容
  • g加二极管

目的是不能让下管产生误导通。前面分析了,而误导通产生的原因时高的dv/dt,因此还可以降低dv/dt,让上管开通相对慢一点。或者选择导通阈值高的MOS管。

要让MOS管开通慢一点,加大驱动电阻就能解决,设计MOS管开关速度,并不是开通越快越好,同理,下桥开通太快也会对上桥GS电压产生影响。

因此上下桥都不是开通越快越好。

相关推荐
RFID舜识物联网1 小时前
耐高温RFID:让喷涂线从“数据断点”走向“全链贯通”
大数据·人工智能·嵌入式硬件·物联网·汽车
2601_958352901 小时前
A-59双麦模块实战:打造面对面双人独立拾音与实时翻译系统,全双工无串扰
人工智能·嵌入式硬件·语音识别·回音消除·音频处理模块
天月风沙2 小时前
基于机器视觉的实验室器件仓储系统设计——内蒙古自治区国家级大创——使用指南
嵌入式硬件
电子科技圈2 小时前
边缘AI赋能物联网,芯科科技推动智能边缘创新
人工智能·嵌入式硬件·物联网·智能家居·健康医疗·智能硬件·交通物流
jing.wang_20252 小时前
TI TMS320C6678芯片实现IP及端口在线修改并生效
网络·嵌入式硬件·tcp/ip·dsp开发
CET中电技术3 小时前
不用外挂传感器、不用停机检测——CET中电技术如何重构电动机运维范式?
单片机·嵌入式硬件
都在酒里3 小时前
FreeRTOS 手动移植教程(四):队列 —— 任务间通信的最佳起点
stm32·单片机·rtos
0x3F(小茶)3 小时前
嵌入式C设计模式完全指南(基于《C嵌入式编程设计模式》)
c语言·开发语言·单片机·嵌入式硬件·设计模式
都在酒里3 小时前
FreeRTOS 手动移植教程(二):任务管理——多任务创建、优先级抢占与删除
stm32·单片机·嵌入式硬件·rtos