MOS管與預(yù)驅(qū)動(dòng)器的匹配技巧
汽車應(yīng)用中電氣負(fù)載的數(shù)量及種類眾多，在驅(qū)動(dòng)及控制這些負(fù)載方面，沒有“萬能”的方案。有些負(fù)載是大功率，有些是低功率；可能是電阻型、電感型或電容型負(fù)載。它們可能需要**的控制，或是僅需要簡單的脈寬調(diào)制(PWM)或?qū)?關(guān)閉控制。在所有情況下，都有必要為負(fù)載及驅(qū)動(dòng)器提供保護(hù)，并為微控制器(MCU)提供診斷信息。
適應(yīng)寬負(fù)載范圍的一種方法是使用現(xiàn)有金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和帶必要保護(hù)及診斷功能的預(yù)驅(qū)動(dòng)器。這種方法可以非常靈活，甚至可以使用已通過合格認(rèn)證、您的庫存中現(xiàn)有的 MOS管 ，為驅(qū)動(dòng)器需求提供高性價(jià)比的方案。要使這一方案發(fā)揮*大的作用， MOS管 和預(yù)驅(qū)動(dòng)器必須相互匹配。
預(yù)驅(qū)動(dòng)器基礎(chǔ)知識(shí)
圖1了提供控制、保護(hù)及診斷功能的預(yù)驅(qū)動(dòng)器基本組件示例。在導(dǎo)通期間，消隱(blanking)定時(shí)器啟動(dòng)，同時(shí)，門電荷由驅(qū)動(dòng)器電源(VGG)通過驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗(RG)提供給 MOS管 。在此期間，比較器(CMP)感測 MOS管 的漏極-源極電壓(VDS)，并將其與參考電壓(VREF)比較。如果在導(dǎo)通消隱時(shí)間的末尾時(shí) MOS管 的VDS大于VREF，就檢測出可能的負(fù)載短路。然后， MOS管 關(guān)閉并保護(hù)器件本身，同時(shí)負(fù)載電壓源(VL)短路診斷狀態(tài)也被記錄下來。
在關(guān)閉期間，消隱定時(shí)器啟動(dòng)，同時(shí)存儲(chǔ)的門電荷由 MOS管 通過RG缷除到地。在此期間，CMP感測 MOS管 的VDS，并將其與不同的VREF比較。如果在關(guān)閉消隱時(shí)間的末尾時(shí) MOS管 的VDS小于VREF，就檢測出可能的對地短路。在這種情況下，負(fù)載電流可以繼續(xù)流動(dòng)，但對地短路診斷狀態(tài)獲記錄下來。
MOSFET基礎(chǔ)知識(shí)
MOS管 已經(jīng)應(yīng)用多年，有關(guān)它們特性的文檔也很齊全。但檢視它的一些基礎(chǔ)屬性及數(shù)據(jù)表信息，可以在關(guān)鍵性能參數(shù)方面提供一些指引。我們將使用 凱泰電子 NEC6020K 邏輯電平 MOS管 數(shù)據(jù)表作為示例。
MOS管 數(shù)據(jù)表中常見的一個(gè)典型曲線是傳遞特性曲線，如圖2所示。這個(gè)曲線描繪了掃描VGS電壓時(shí)飽和區(qū)域中的漏電流，在這個(gè)飽和區(qū)域中，VDS保持在大于10V的某個(gè)恒定電壓。這曲線通常在3種溫度條件下捕獲，圖2中所示的3種溫度分別是綠色線條代表的-55°C、黑色線條代表的25°C和紅色線條代表的100°C。
大多數(shù) MOS管 顯示出零溫度系數(shù)(TC)點(diǎn)特性；就 NEC6020K 而言，這個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)于VGS ≈ 3.6V。對于給定VGS而言，溫度高于這個(gè)點(diǎn)時(shí)，漏電流減小；溫度低于這個(gè)點(diǎn)時(shí)，漏電流增加。在大多數(shù)應(yīng)用中， MOS管 用作開關(guān)，工作在歐姆區(qū)(Ohmic regiON)，且高于零TC點(diǎn)，VGS = 5V。此外，雖然數(shù)據(jù)表參數(shù)表中門閾值電壓(VGSTH)項(xiàng)目通常給出負(fù)溫度系數(shù)，但檢視曲線，探尋額外性能特性也很重要。
另一個(gè)典型曲線是導(dǎo)通區(qū)域曲線，如圖3所示。這個(gè)曲線描繪了掃描VDS時(shí)的漏電流，而VGS包含幾個(gè)階躍上升的電壓值。這曲線通常在25°C時(shí)獲得，但我們能使用圖2來產(chǎn)生更多的曲線。我們采用低溫及高溫條件下圖2中3V及4.5V VGS工作點(diǎn)時(shí)的漏電流，能夠直接將這些曲線轉(zhuǎn)移到圖3。圖中顯示的新曲線中，綠色曲線針對-55°C，黑色曲線針對25°C，而紅色曲線針對100°C。這些曲線顯示了高于及低于零TC點(diǎn)的工作點(diǎn)條件下不同溫度時(shí)的漏電流變化。
第三種非常有用的典型曲線是總門電荷曲線，如圖4所示。該曲線描繪了門電荷傳遞時(shí)*理想的VGS變化。這一曲線通常藉由25°C時(shí)在門極施加1mA恒定電流，在特殊工作點(diǎn)(圖中“A”點(diǎn))生成。它顯示了門極至源極(Q1)、門極至漏極(Q2)及總電荷(QT)傳遞間隔。開關(guān)電荷(QSW)在閾值電壓VGSTH與峰值電壓(plateau voltage)VGSP之間提供，其中漏電壓已降至其初始值的10%，但Q1+Q2的組合電荷仍然必須在開關(guān)時(shí)間間隔期間提供。
雖然通常顯示的是給定VDS和ID工作點(diǎn)時(shí)的電荷傳遞曲線，我們能夠以過觀測近似峰值電壓VGSP在曲線飽和區(qū)域產(chǎn)生ID的所施加VGS電壓，使用圖3中的導(dǎo)通區(qū)域曲線來生成更多的工作點(diǎn)電荷曲線。圖中顯示的這些曲線中，綠色曲線針對“B”在ID ≈ 8A的工作點(diǎn)；粉紅色曲線針對“C”在ID ≈ 4A的工作點(diǎn)。這樣一來，電荷傳遞量相應(yīng)沿著Q1和Q2間隔調(diào)節(jié)。有趣的是，在給定VDS下，傳遞的總電荷仍然保持相對恒定，且會(huì)隨著VDS下降而下降。如圖中藍(lán)色線條所示，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是有效門極至漏極(“米勒”)電容會(huì)隨著電壓增益dVDS/dVGS而變化。
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