我有一个 NMOS,对于我的应用程序来说切换得太快了。我正在向门发送一个逻辑电平方波 (PWM)。对我来说不幸的是,正如预期的那样,输出也是近方波。
我怎样才能让 Vout 变得更梯形?或者换一种说法,我可以做的最简单的修改是什么来降低输出的摆率?
注意:(Vin) 是施加在 NMOS 栅极的电压,(Vout) 是施加在 NMOS 漏极的电压。
我有一个 NMOS,对于我的应用程序来说切换得太快了。我正在向门发送一个逻辑电平方波 (PWM)。对我来说不幸的是,正如预期的那样,输出也是近方波。
我怎样才能让 Vout 变得更梯形?或者换一种说法,我可以做的最简单的修改是什么来降低输出的摆率?
注意:(Vin) 是施加在 NMOS 栅极的电压,(Vout) 是施加在 NMOS 漏极的电压。
您对 FET 电阻的唯一控制是栅源电压。您需要减慢该电压的变化。最常见的方法是在栅极安装 RC 滤波器。在驱动源和器件栅极之间放置一个电阻,栅极的寄生电容将形成一个 RC 滤波器。电阻越大,开启和关闭越慢。
如果电阻太大,您可能会遇到抗噪声问题(错误的栅极触发等),因此超过某个电阻值(可能在 10k-100k 范围内),您最好添加电容栅极源以减慢开关速度进一步下降。
作为一般规则,我总是在所有 FET 上放置一个带有下拉电阻的 RC 滤波器。这允许控制上升时间,并提供改进的抗噪性。
请记住,只要您的 FET 没有完全“开启”或“关闭”,它就会看到增加的损耗。如果它打开,则设备两端的电压非常低。如果它关闭,则设备没有电流通过它。无论哪种方式,低损耗。但是,如果您介于两者之间,则该设备会同时看到电压和电流,这意味着在此期间其功耗要大得多。你切换得越慢,损失就越大。它在什么时候成为问题取决于 FET、源和开关频率。
没有足够的米勒时间?只是延长它。
Spehro 在这里采用了正确的方法。我打算驾驭他的大衣尾巴并稍微扩展一下这个想法,因为对于这种事情来说这是一个好主意。
\$C_{\text{dg}}\$ 在 FET 中是特殊的,因为它向栅极提供负反馈。这意味着它还乘以 FET 的跨导 (\$g_{\text{fs}}\$)。所以,它的影响比它的大小会让你相信的更大。但是,让我们暂时忘记 \$C_{\text{dg}}\$,而是在漏极到栅极之间添加一个外部电容器 (\$C_{\text{fb}}\$),因为如果你真的想要减慢 FET 的上升和下降时间,这就是你要做的。这是一个示意图来帮助说明:
随着 \$V_{\text{drv}}\$ 上升和 \$V_{\text{ds}}\$ 下降,您可能会看到 \$R_g\$, \$R_L\$, \$g_{\ text{fs}}\$ 和 \$C_{\text{fb}}\$ 都在限制 \$V_{\text{gs}}\$ 的值中起作用。\$V_{\text{ds}}\$相对于\$V_{\text{drv}}\$的小信号传递函数为:
\$-\frac{R_L}{s C_{\text{fb}} \left(g_{\text{fs}} R_g R_L+R_g+R_L\right)+1}\$
并且,\$R_g\$、\$R_L\$、\$g_{\text{fs}}\$ 和 \$C_{\text{fb}}\$ 都参与了极点的形成。(请注意,为清楚起见,此处省略了所有 FET 电容。)
为了大致展示这是如何工作的,将一些值放入一个非常简化的模型中。\$R_g\$ = 1000 欧姆,\$R_L\$ = 2 欧姆,\$V_{\text{drv-pk}}\$ = 5V,\$V_{\text{cc}}\$ = 10V, \$g_{\text{fs}}\$ = 5 S。
这是 \$V_{\text{ds}}\$ 在应用 \$V_{\text{drv-pk}}\$ 上的图。
蓝色曲线为\$C_{\text{fb}}\$ = 100pF,紫色曲线为\$C_{\text{fb}}\$ = 1000pF。当然,开关损耗会越来越大。还应该提到的是,像这样添加一个米勒反馈电容会使电路对 dV/dt 导通更加敏感。
您可以在栅极上添加一个串联电阻。通常这样做是为了减缓上升-下降时间,以降低 EMI 或防止过度过冲。显然这会增加开关损耗(但不会增加传导损耗),因此需要进行权衡。除了导致切换变慢之外,它还会增加延迟时间,因此如果有可能出现交叉传导或类似问题,请记住这一点。
对于给定的栅极电阻值,您获得的斜率将取决于栅极到源极和栅极到漏极的电容,以及 Vcc 的值。当 MOSFET 开关时,电阻器提供电流以在 Vcc 和 0 之间对 \$C_{GS}\$ 充电以及对 \$C_{DG}\$ 充电。总充电量通常在数据表(在给定条件下)作为栅极电荷(以纳库仑为单位测量)。由于米勒电容 (\$C_{DG}\$),负载的性质也会发挥作用。
您的 MOSFET 的工作条件是什么?
当用作开关时,MOSFET 大部分时间处于两种状态:
MOSFET 在非常短的时间内处于第三种状态。而这第三种状态是当它导通一点时: - 不可忽略的 \$V_{\text{ds}}\$ 电压,不可忽略的电流。\$I_{\text{d}} \times V_{\text{ds}}\$ 可能很高!-> 可能耗散的功率很大。
如果您计划通过设计将您的 MOSFET 长时间置于第三种状态,您必须确保其结温的升高不会让它超过该结的最大允许温度。(在数据表中找到)必须仔细研究降低 MOSFET 的压摆率。
我不知道你在开什么车。如果它是一个 LED,并且您希望它变得越来越亮,但缓慢,您最好在 MOSFET 的栅极上使用 PWM,并且仍然将其用作开关。如果 PWM 非常快,人眼将无法察觉。
同样的方法也适用于驱动电机。