我們在應用MOS管和設計MOS管驅動的時候,有很多寄生參數,其中最影響MOS管開關性能的是源邊感抗。寄生的源邊感抗主要有兩種來源,第一個就是晶圓DIE和封裝之間的Bonding線的感抗,另外一個就是源邊引腳到地的PCB走線的感抗(地是作為驅動電路的旁路電容和電源網絡濾波網的返回路徑)。在某些情況下,加入測量電流的小電阻也可能產生額外的感抗。
我們分析一下源邊感抗帶來的影響:
1.使得MOS管的開啟延遲和關斷延遲增加
由于存在源邊電感,在開啟和關段初期,電流的變化被拽了,使得充電和放電的時間變長了。同時源感抗和等效輸入電容之間會發生諧振(這個諧振是由于驅動電壓的快速變壓形成的,也是我們在 G端看到震蕩尖峰的原因),我們加入的門電阻Rg和內部的柵極電阻Rm都會抑制這個震蕩(震蕩的Q值非常高)。
我們需要加入的優化電阻的值可以通過上述的公式選取,如果電阻過大則會引起G端電壓的過沖(優點是加快了開啟的過程),電阻過小則會使得開啟過程變得很慢,加大了開啟的時間(雖然G端電壓會被抑制)。
園感抗另外一個影響是阻礙Id的變化,當開啟的時候,初始時di/dt偏大,因此在原感抗上產生了較大壓降,從而使得源點點位抬高,使得Vg電壓大部分加在電感上面,因此使得G點的電壓變化減小,進而形成了一種平衡(負反饋系統)。
另外一個重要的寄生參數是漏極的感抗,主要是有內部的封裝電感以及連接的電感所組成。
在開啟狀態的時候Ld起到了很好的作用(Subber吸收的作用),開啟的時候由于Ld的作用,有效的限制了di/dt/(同時減少了開啟的功耗)。在關斷的時候,由于Ld的作用,Vds電壓形成明顯的下沖(負壓)并顯著的增加了關斷時候的功耗。
下面談一下驅動(直連或耦合的)的一些重要特性和典型環節:
直連電路最大挑戰是優化布局
實際上驅動器和MOS管一般離開很遠,因此在源級到返回路徑的環路上存在很大的感抗,即使我們考慮使用地平面,那么我們仍舊需要一段很粗的PCB線連接源級和地平面。
另外一個問題是大部分的集成芯片的輸出電流都比較小,因為由于控制頻率較高,晶圓大小受到限制。同時內部功耗很高也導致了IC的成本較高,因此我們需要一些擴展分立的電路。