MOS管與預驅動器的匹配技巧

汽車應用中電氣負載的數量及種類眾多，在驅動及控制這些負載方面，沒有“萬能”的方案。有些負載是大功率，有些是低功率；可能是電阻型、電感型或電容型負載。它們可能需要**的控制，或是僅需要簡單的脈寬調制(PWM)或導通/關閉控制。在所有情況下，都有必要為負載及驅動器提供保護，并為微控制器(MCU)提供診斷信息。

　　適應寬負載范圍的一種方法是使用現有金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)和帶必要保護及診斷功能的預驅動器。這種方法可以非常靈活，甚至可以使用已通過合格認證、您的庫存中現有的 MOS管，為驅動器需求提供高性價比的方案。要使這一方案發揮*大的作用， MOS管和預驅動器必須相互匹配。

　　預驅動器基礎知識

　　圖1了提供控制、保護及診斷功能的預驅動器基本組件示例。在導通期間，消隱(blanking)定時器啟動，同時，門電荷由驅動器電源(VGG)通過驅動器輸出阻抗(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。如果在導通消隱時間的末尾時 MOS管的VDS大于VREF，就檢測出可能的負載短路。然后， MOS管關閉并保護器件本身，同時負載電壓源(VL)短路診斷狀態也被記錄下來。

　　在關閉期間，消隱定時器啟動，同時存儲的門電荷由 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。如果在關閉消隱時間的末尾時 MOS管的VDS小于VREF，就檢測出可能的對地短路。在這種情況下，負載電流可以繼續流動，但對地短路診斷狀態獲記錄下來。

　　MOSFET基礎知識

　　 MOS管已經應用多年，有關它們特性的文檔也很齊全。但檢視它的一些基礎屬性及數據表信息，可以在關鍵性能參數方面提供一些指引。我們將使用凱泰電子 NEC6020K 邏輯電平 MOS管數據表作為示例。

　　 MOS管數據表中常見的一個典型曲線是傳遞特性曲線，如圖2所示。這個曲線描繪了掃描VGS電壓時飽和區域中的漏電流，在這個飽和區域中，VDS保持在大于10V的某個恒定電壓。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 MOS管顯示出零溫度系數(TC)點特性；就 NEC6020K 而言，這個點出現于VGS ≈ 3.6V。對于給定VGS而言，溫度高于這個點時，漏電流減小；溫度低于這個點時，漏電流增加。在大多數應用中， MOS管用作開關，工作在歐姆區(Ohmic regiON)，且高于零TC點，VGS = 5V。此外，雖然數據表參數表中門閾值電壓(VGSTH)項目通常給出負溫度系數，但檢視曲線，探尋額外性能特性也很重要。

　　另一個典型曲線是導通區域曲線，如圖3所示。這個曲線描繪了掃描VDS時的漏電流，而VGS包含幾個階躍上升的電壓值。這曲線通常在25°C時獲得，但我們能使用圖2來產生更多的曲線。我們采用低溫及高溫條件下圖2中3V及4.5V VGS工作點時的漏電流，能夠直接將這些曲線轉移到圖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點的工作點條件下不同溫度時的漏電流變化。

　　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*理想的VGS變化。這一曲線通常藉由25°C時在門極施加1mA恒定電流，在特殊工作點(圖中“A”點)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時間間隔期間提供。

　　雖然通常顯示的是給定VDS和ID工作點時的電荷傳遞曲線，我們能夠以過觀測近似峰值電壓VGSP在曲線飽和區域產生ID的所施加VGS電壓，使用圖3中的導通區域曲線來生成更多的工作點電荷曲線。圖中顯示的這些曲線中，綠色曲線針對“B”在ID ≈ 8A的工作點；粉紅色曲線針對“C”在ID ≈ 4A的工作點。這樣一來，電荷傳遞量相應沿著Q1和Q2間隔調節。有趣的是，在給定VDS下，傳遞的總電荷仍然保持相對恒定，且會隨著VDS下降而下降。如圖中藍色線條所示，出現這種現象的原因是有效門極至漏極(“米勒”)電容會隨著電壓增益dVDS/dVGS而變化。

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MOS管與預驅動器的匹配技巧