MOS管保護(hù)電路圖及MOS管防反接保護(hù)電路安全措施詳解
功率MOS管自身擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是MOS管具有較脆弱的承受短時(shí)過載能力，特別是在高頻的應(yīng)用場(chǎng)合，所以在應(yīng)用功率MOS管對(duì)必須為其設(shè)計(jì)合理的保護(hù)電路來提高器件的可靠性。
功率MOS管保護(hù)電路主要有以下幾個(gè)方面：
1）防止柵極 di/dt過高：
由于采用驅(qū)動(dòng)芯片，其輸出阻抗較低，直接驅(qū)動(dòng)功率管會(huì)引起驅(qū)動(dòng)的功率管快速的開通和關(guān)斷，有可能造成功率管漏源極間的電壓震蕩，或者有可能造成功率管遭受過高的di/dt而引起誤導(dǎo)通。為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，通常在MOS驅(qū)動(dòng)器的輸出與MOS管的柵極之間串聯(lián)一個(gè)電阻，電阻的大小一般選取幾十歐姆。
2）防止柵源極間過電壓:
由于柵極與源極的阻抗很高，漏極與源極間的電壓突變會(huì)通過極間電容耦合到柵極而產(chǎn)生相當(dāng)高的柵源尖峰電壓，此電壓會(huì)使很薄的柵源氧化層擊穿，同時(shí)柵極很容易積累電荷也會(huì)使柵源氧化層擊穿，所以要在MOS管柵極并聯(lián)穩(wěn)壓管以限制柵極電壓在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值以下，保護(hù)MOS管不被擊穿，MOS管柵極并聯(lián)電阻是為了釋放柵極電荷，不讓電荷積累。
3）防護(hù)漏源極之間過電壓 :
雖然漏源擊穿電壓VDS一般都很大，但如果漏源極不加保護(hù)電路，同樣有可能因?yàn)槠骷_關(guān)瞬間電流的突變而產(chǎn)生漏極尖峰電壓，進(jìn)而損壞MOS管，功率管開關(guān)速度越快，產(chǎn)生的過電壓也就越高。為了防止器件損壞，通常采用齊納二極管鉗位和RC緩沖電路等保護(hù)措施。
當(dāng)電流過大或者發(fā)生短路時(shí)，功率MOS管漏極與源極之間的電流會(huì)迅速增加并超過額定值，必須在過流極限值所規(guī)定的時(shí)間內(nèi)關(guān)斷功率MOS管,否則器件將被燒壞，因此在主回路增加電流采樣保護(hù)電路，當(dāng)電流到達(dá)一定值，通過保護(hù)電路關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路來保護(hù)MOS管。圖1是MOS管的保護(hù)電路，由此可以清楚的看出保護(hù)電路的功能。
mos管防反接保護(hù)電路安全措施
1.通常情況下直流電源輸入防反接保護(hù)電路是運(yùn)用二極管的單向?qū)щ娦詠硗杲Y(jié)防反接保護(hù)。如下圖1示：
這種接法簡(jiǎn)略可靠，但當(dāng)輸入大電流的情況下功耗影響是非常大的。以輸入電流額定值抵達(dá)2A,如選用Onsemi的快速恢復(fù)二極管 MUR3020PT，額定管壓降為0.7V，那么功耗至少也要抵達(dá)：Pd＝2A×0.7V＝1.4W，這樣功率低，發(fā)熱量大，要加散熱器。
2.其他還可以用二極管橋?qū)斎胱稣鳎@樣電路就永久有正確的極性(圖2)。這些方案的缺點(diǎn)是，二極管上的壓降會(huì)消耗能量。輸入電流為2A時(shí)，圖1中的電路功耗為1.4W，圖2中電路的功耗為2.8W。
圖1 一只串聯(lián)二極管保護(hù)系統(tǒng)不受反向極性影響，二極管有0.7V的壓降
圖2 是一個(gè)橋式整流器，不論什么極性都可以正常作業(yè)，但是有兩個(gè)二極管導(dǎo)通，功耗是圖1的兩倍。
MOS管防反接，好處就是壓降小，小到幾乎可以忽略不計(jì)。現(xiàn)在的MOS管可以做到幾個(gè)毫歐的內(nèi)阻，假設(shè)是6.5毫歐，通過的電流為1A（這個(gè)電流已經(jīng)很大了），在他上面的壓降只有6.5毫伏。
由于MOS管越來越便宜，所以人們逐漸開始使用MOS管防電源反接了。
NMOS管防止電源反接電路：
正確連接時(shí)：剛上電，MOS管的寄生二極管導(dǎo)通，所以S的電位大概就是0.6V，而G極的電位，是VBAT，VBAT-0.6V大于UGS的閥值開啟電壓，MOS管的DS就會(huì)導(dǎo)通，由于內(nèi)阻很小，所以就把寄生二極管短路了，壓降幾乎為0。
電源接反時(shí)：UGS=0，MOS管不會(huì)導(dǎo)通，和負(fù)載的回路就是斷的，從而保證電路安全。
PMOS管防止電源反接電路：
正確連接時(shí)：剛上電，MOS管的寄生二極管導(dǎo)通，電源與負(fù)載形成回路，所以S極電位就是VBAT-0.6V，而G極電位是0V，PMOS管導(dǎo)通，從D流向S的電流把二極管短路。
電源接反時(shí)：G極是高電平，PMOS管不導(dǎo)通。保護(hù)電路安全。
連接技巧
NMOS管DS串到負(fù)極，PMOS管DS串到正極，讓寄生二極管方向朝向正確連接的電流方向。
感覺DS流向是“反”的？
仔細(xì)的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn)，防反接電路中，DS的電流流向，和我們平時(shí)使用的電流方向是反的。
為什么要接成反的？
利用寄生二極管的導(dǎo)通作用，在剛上電時(shí)，使得UGS滿足閥值要求。
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