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完整的分立负载开关及热插拨设计7个步骤

发布时间:2019-02-12 责任编辑:xueqi

【导读】完整的分立负载开关及热插拨外围电路,包括如下元件:G极电阻总和RG及其并联快关断二极管D1;功率MOSFET的G、S外加电容CGS1;G、D外加电容CGD1和电阻RGD。以下将介绍分立负载开关及热插拨设计的7个步骤。
 
RG为G极电阻总和,包括功率MOSFET内部电阻,驱动芯片上拉电阻,外加串联电阻RG1。
 
图1:负载开关和热插拨完整外围电路
 
其中,D1、CGD1和RGD为可选元件,根据电路设计要求决定是否需要外加。
 
分立负载开关和热插拨的外围电路设计步骤如下:
 
1、初步选取功率MOSFET
 
初步选取功率MOSFET的参数包括电压、导通电阻和封装:
 
(1)根据输入电压选取功率MOSFET的耐压
(2)根据系统设计的要求选取相应的封装
(3)根据稳定工作的损耗限制,选取功率MOSFET的导通电阻
(4)根据功率MOSFET在线性区工作的时间和最大电流,选取安全工作区SOA满足要求的功率MOSFET
 
2、选取外加电容CGD1
 
根据输出电压上电时间控制精度的要求,确定是否需要外加电容CGD1。如果需要外加电容CGD1,设定外加电容CGD1的值:
    
CGD1>10Crss
 
由此选取相应的标准电容值。
 
3、选取G极外加的电阻RG1
 
米勒平台区这个阶段的时间也就是dV/dt的时间,栅极电压恒定,流过栅极电阻RG的电流等于流过电容CGD1的电流。根据系统要求的输出电压的上电时间Ton、输出电压Vo、CGD1、VCC和VGP已知,由下面公式计算G极串联总电阻RG:
 
其中,dVDS/dt=Vo/Ton
 
图2:热插拨起动波形
 
例如:通信系统-48V的热插拨,要求软起动的时间为15mS,那么:
 
 
如果没有外加电容CGD1,公式中的CGD1就使用Crss代替,Crss随电压变化,因此最好使用QGD来计算。由RG可以得到G极额外串联的电阻RG1的值,选取相应的标准电阻值。
 
4、选取外加电容CGS1
 
 
根据系统浪涌电流和di/dt的要求,使用上面公式就可以求出外加的电容CGS1,由此选取相应的标准电容值。不同的CGS1值可以改变过冲的峰值浪涌电流的大小。
 
5、选取是外加RGD的阻值
 
根据测试的实际情况,确定电路是否有振荡或功率MOSFET是否有误导通。如果有振荡或误导通,就需要外加RGD。CGD1串联电阻RGD通常选取较小的值,RG>>RGD,阻值取值范围:RGD=1-50mOhm。
 
功率MOSFET的跨导大,开通过程中,VGS较小的变化都会导致ID急剧的变化,进而导致VDS急剧的变化,瞬态过程中栅极电压容易产生振荡。串联电阻RGD可以抑制回路的瞬态高频电流,形成阻尼振荡从而抑止栅极的高频振荡,减小振荡的幅度。
 
关断过程中,高的dVDS/dt通过CGD1耦合到栅极形成瞬态的尖峰电压,如果此尖峰电压大于功率MOSFET的阈值电压,会误导通功率MOSFET,串联电阻RGD可以减小功率MOSFET的误导通。
 
6、选取G极的快关断二极管
 
根据系统要求,如果需要功率MOSFET快速关断,可以在G极外加电阻的两端关联二极管D1;如果功率MOSFET不需要快速关断,可以不加这个二极管。
 
7、校核和测量电路
 
根据所选取的标称元件值,调试电路,校核所有参数是否满足系统要求,同时校核功率MOSFET安全工作区SOA的裕量,保证系统的安全。如果不满足,就要对参数进行调整,然后重复上述步骤2-步骤7。
 
来源:松哥电源  
作者:刘松  
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