MOS管誤導(dǎo)通,防止MOS管誤導(dǎo)通方法-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2024-12-10
當(dāng)MOS管從導(dǎo)通狀態(tài)突然切換到關(guān)斷狀態(tài)時，源極和漏極之間會產(chǎn)生陡峭的dVDS/dt，產(chǎn)生的電流通過米勒電容耦合到柵極，導(dǎo)致柵極電壓升高，產(chǎn)生電壓尖峰。如果這個電壓尖峰超過MOS管的開通閾值，MOSFET就會被誤開通，導(dǎo)致電路直通甚至損壞。
MOS管的誤導(dǎo)通和柵極擊穿損壞
MOS管的柵漏寄生電容（也叫米勒電容）會導(dǎo)致出現(xiàn)MOS管自開通現(xiàn)象。 導(dǎo)致MOS管誤導(dǎo)通和柵極擊穿損壞的原因是什么呢？
如下圖所示，當(dāng)MOS管從導(dǎo)通狀態(tài)突然切換到關(guān)斷狀態(tài)時，MOS管的源極和漏極之間會產(chǎn)生陡峭的dVDS/dt。產(chǎn)生的電流經(jīng)米勒電容耦合到柵極，導(dǎo)致在柵極電阻中產(chǎn)生電壓降，從而提高柵極電壓，產(chǎn)生較大的電壓尖峰。產(chǎn)生的電流為：i=Cgd·dVDS/dt。
當(dāng)i·Rg＞Vgs(th)時，MOS管就會發(fā)生自導(dǎo)通，對于MOS管構(gòu)成的H橋電路來說，這種自導(dǎo)通會帶來上管和下管同時導(dǎo)通的情況發(fā)生，可能損壞一個或者兩個MOS管。當(dāng)柵極的尖峰電壓超過柵源之間允許的最大電壓時，會擊穿MOS管的柵極氧化層，導(dǎo)致?lián)p壞。
如何防止MOS管的誤導(dǎo)通和柵極擊穿損壞？
1.選擇合適的柵極串聯(lián)電阻。
MOS管的柵極一般都會接一個電阻，那么這個柵極串聯(lián)電阻有什么作用呢？
第一個作用就是可以限制驅(qū)動電流 ，防止瞬間驅(qū)動電流過大導(dǎo)致驅(qū)動芯片驅(qū)動能力不足或者損壞。MOS管的開啟可以看成是對Cgs和Cgd的充電過程，充電瞬間電容相當(dāng)于短路，電流非常大，驅(qū)動芯片瞬間可能無法提供這么大的電流或者因為電流過大而損壞，所以串接一個電阻起限流和保護作用。
第二個作用就是解決上面提到的問題-防止MOS管的誤導(dǎo)通和柵極擊穿損壞。增大MOS管的柵極串聯(lián)電阻可以減小開關(guān)的導(dǎo)通速度，從而減小dVDS/dt，進而減小柵極的尖峰電壓，達(dá)到防止MOS管的誤導(dǎo)通和柵極氧化層擊穿損壞的目的。
但MOS管的柵極電阻過大，會降低開關(guān)速度，導(dǎo)致功率損耗增加，引發(fā)潛在的發(fā)熱問題。相反，較小的柵極串聯(lián)電阻會提高開關(guān)速度，容易引發(fā)電壓尖峰。因此對于柵極電阻的選擇要均衡考慮開關(guān)速度和尖峰電壓的影響。
2.串聯(lián)合適的柵源電容。
在柵極和源極之間插入一個電容，這個電容會吸收因dVDS/dt而產(chǎn)生的柵漏電流，從而防止MOS管的誤導(dǎo)通和柵極擊穿損壞。
3.可以在柵源之間并聯(lián)一個TVS二極管（瞬態(tài)電壓抑制二極管），但需要選擇合適的鉗位電壓（Vc）。
TVS二極管是一種抑制過電壓的保護元件，TVS二極管一般反向并聯(lián)與被保護元件兩端，正常工作時，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，不影響電路的正常工作；但當(dāng)電路中有瞬間的高電壓沖擊時，二極管能夠迅速反向擊穿導(dǎo)通（導(dǎo)通時間大多為P秒級），將被保護元件兩端的電壓鉗位在一個較低的水平，從而使被保護元件免于損壞。
TVS二極管保護元件的原理如下圖所示：
4.使用米勒鉗位電路
通過在柵源之間增加一個MOS管來實現(xiàn)鉗位功能，當(dāng)電壓低于預(yù)設(shè)的米勒電壓時，比較器提供邏輯高電平，使柵源之間的MOS管導(dǎo)通，短路米勒電容和柵極電阻的電流，從而穩(wěn)定柵極電壓。
5.采用負(fù)壓驅(qū)動
利用負(fù)電壓提供柵極驅(qū)動電壓，使其不要超過閾值電壓Vgs(th)。這種方法可以有效防止誤導(dǎo)通，特別是在高壓大功率場合，如SiC MOSFET的應(yīng)用中更為有效。
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