MOS 管防護(hù)電路全解析：實(shí)測數(shù)據(jù)揭示保護(hù)奧秘

出處：網(wǎng)絡(luò)整理發(fā)布于：2025-06-26 16:09:11 | 518 次閱讀

　　功率 MOS 管在電子設(shè)備中應(yīng)用廣泛，它具備諸多優(yōu)點(diǎn)，比如導(dǎo)通電阻低、開關(guān)速度快等。然而，其承受短時過載的能力較為脆弱，特別是在高頻應(yīng)用場景下，這種弱點(diǎn)更為明顯。為了提高功率 MOS 管的可靠性，在實(shí)際應(yīng)用中必須為其設(shè)計(jì)合理的保護(hù)電路。
　　1. 防止柵極 di/dt 過高
　　采用驅(qū)動芯片直接驅(qū)動功率管時，由于驅(qū)動芯片輸出阻抗較低，會使功率管快速開通和關(guān)斷。這可能引發(fā)兩個問題：一是造成功率管漏源極間的電壓震蕩；二是使功率管遭受過高的 di/dt 而導(dǎo)致誤導(dǎo)通。為避免這些問題，通常會在 MOS 驅(qū)動器的輸出與 MOS 管的柵極之間串聯(lián)一個電阻（R509），電阻值一般選取幾十歐姆。
　　這個電阻的作用是減緩 Rds 從無窮大到 Rds (on)（一般為 0.1 歐姆或者更低）的變化過程。如果不添加 R509 電阻，在高壓情況下，MOS 管開關(guān)速率過快，可能會導(dǎo)致周圍元器件被擊穿。但如果 R509 電阻過大，MOS 管的開關(guān)速率會變慢，Rds 從無窮大到 Rds（on）需要一段時間，在高壓下 Rds 會消耗大量功率，導(dǎo)致 MOS 管發(fā)熱異常。此外，該電阻上并聯(lián)的二極管（D507）在脈沖下降沿時對柵極放電，使場效應(yīng)管能快速截止，減少功耗。
　　2. 防止柵源極間過電壓
　　MOS 管的柵極與源極阻抗很高，漏極與源極間的電壓突變會通過極間電容耦合到柵極，產(chǎn)生相當(dāng)高的柵源尖峰電壓。同時，柵極容易積累電荷，這兩種情況都可能使很薄的柵源氧化層擊穿。為了保護(hù) MOS 管，通常會在其柵極并聯(lián)穩(wěn)壓管（圖中 D903），將柵極電壓限制在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值以下。
　　此外，MOS 管柵極并聯(lián)電阻（圖中 R516）用于釋放柵極電荷，防止電荷積累。不過，實(shí)測發(fā)現(xiàn)單獨(dú)焊接該下拉電阻（R516）不足以快速釋放 g 極電荷，會導(dǎo)致 MOS 管誤觸發(fā)?？煽康姆烹婋娐沸枰蕾?MOS 管 g 極 -> D507 -> 驅(qū)動芯片地回路來實(shí)現(xiàn)。
　　3. 防護(hù)漏源極之間過電壓
　　雖然漏源擊穿電壓 VDS 一般較大，但如果漏源極不加保護(hù)電路，器件開關(guān)瞬間電流的突變可能會產(chǎn)生漏極尖峰電壓，進(jìn)而損壞 MOS 管。功率管開關(guān)速度越快，產(chǎn)生的過電壓越高。
　　為防止器件損壞，通常采用齊納二極管鉗位（圖中 D901）和 RC 緩沖電路（圖中 C916，R926）等保護(hù)措施。實(shí)測表明，加上穩(wěn)壓管（D901）的效果比加上 RC 電路更好，因此推薦先用穩(wěn)壓管進(jìn)行測試。需要注意的是，此處絕對不能加 TVS，因?yàn)榧?TVS 會導(dǎo)致源極電壓抬高，損壞 gs。
　　4. 電流采樣保護(hù)電路
　　當(dāng)電流過大或者發(fā)生短路時，功率 MOS 管漏極與源極之間的電流會迅速增加并超過額定值，必須在過流極限值所規(guī)定的時間內(nèi)關(guān)斷功率 MOS 管，否則器件將被燒壞。因此，在主回路增加電流采樣保護(hù)電路，將經(jīng)過 MOS 管的電流通過采樣電阻采樣出來，然后將信號放大，將放大獲得的信號和 MCU 給出的驅(qū)動信號經(jīng)過或門控制驅(qū)動芯片的使能。當(dāng)驅(qū)動電流過大時，禁止驅(qū)動芯片輸出，從而保護(hù) MOS 管回路。

　　綜上所述，合理設(shè)計(jì)和應(yīng)用這些防護(hù)電路對于保障 MOS 管的正常工作和延長其使用壽命至關(guān)重要。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的電路要求和工作環(huán)境，綜合考慮各種因素，選擇合適的防護(hù)方案。

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