测试FF-BASIC-DEMO开发板的PMOS驱动电路:
1:电路分析上图Q6,Q4,Q5和R12,R15,R16组成PMOS的驱动电路。(NCE4606为SOP-8封装的集成 了NMOS+PMOS的MOS管)。 Q6+R12+R15为电平转换用,把0-5V(或0-3.3V)的PWM信号转换为Vin到(Vin-Vgs) 电压。 Q4和Q5组成图腾柱结构,把经过电平转换后没有驱动能力的信号通过三极管放大后 驱动后面的MOS管。让波形的上升沿和下降沿都在MOS管允许的开关损耗范围内。 PMOS的驱动电平为-0.6V到-[R12/(R12+R15)*Vin-0.6]V。(0.6V为三极管的Vbe电压 带来的电压损失)。上图+12V的电源符号为Vin,实际输入电压可以为12V到30V电压。针对 具体输入电压的应用,可以通过调整R12,R15的阻值可以产生-12V的电压驱动PMOS管。 2:开关波形测试FF-BASIC-DEMO开发板设置驱动频率为30KHz,死区寄存器为8(死区时间为0.5us)。 直流稳压电源输出电压24V,电流限流100mA。 1》 开发板上默认硬件参数测试:(NMOS和PMOS组成半桥模式交替开关) 开发板整体输入电流19mA。上升沿116ns,下降沿56ns
2》 PMOS并联10nF电容,模拟大电流的PMOS管的节电容Ciss(原NCE4606的PMOS Ciss=520pF) 开发板整体输入电流23mA。上升沿550ns,下降沿224ns 3》 Q6的2N7002使用MMBT3904代替)。板子的空载电流直接大于限流的100mA。NMOS 和PMOS有直通的现象,只能拔掉NMOS的驱动信号跳线帽,让NMOS一直关断,PMOS正常 开关才能继续测试: 使用示波器观察Q6处的MMBT3904的输入波形和输出波形,发现三极管的 关断存在一个延时。三极管基极的限流电阻越小,延时越小。当三极管关 断延时大于死区时间时,NMOS和PMOS直通。
上图绿色的为三极管的输入信号,红色为PMOS的驱动信号。 MMBT3904串联电阻: 关断延时 10K 1.72us 1K 1.16us 240R 760ns 可以看到就算串联240R的基极电阻,关断延时还是大于死区时间,造成NMOS和PMOS直通。 对于原来Q6为2N7002时的输入和输出信号: 可以看到关断和导通延时都在100ns以内。 在只开关PMOS的情况下继续使用Q6为MMBT3906测试驱动NCE4606的PMOS的驱动波形
上升沿为114ns,下降沿为52ns。 4》在只开关PMOS的情况下使用Q6为MMBT3906测试驱动NCE4606的PMOS并10n电容的 驱动波形上升沿550ns,下降沿212ns 4》 测量Q4,Q5为MMBT3904+MMBT3906组成的图腾柱驱动PMOS时图腾柱的输入(红色) 和输出(绿色)波形。 可以看到图腾柱的输入输出波形上升下降基本一致,只是输出波形相对输入波形电压损 失了0.6V。下图就是PMOS关断电压为-0.6V. 5》 测量Q4,Q5为2N7002+MMBT3906组成的图腾柱驱动PMOS时图腾柱的输出(红色) 和输入电压(绿色)波形。(只是把MMBT3904换成2N7002测试)
可以看到图腾柱的2N7002导通后,2N7002的Vgs电压会稍微大些,产生了下图蓝圈中 的斜面(导致开始关断时PMOS的关断电压比后面的-1.5V还要大些。稳定后PMOS关断 电压为-1.5V。(对比三极管MMBT3906在导通后就没有斜面)。对比第4点中MMBT3904 经过上升沿后,PMOS关断电压就稳定在-0.6V.
NCE4606的PMOS最小关断电压在-1.5V,蓝圈处的电压比1.5V还要低一些,
PMOS无法有效关断。
3:测试总结(以下的MOS管和三极管指的是2N7002,BSS84,MMBT3904,MMBT3906等节电容很小的 管子,要是使用SS8050,SI2301等大电流的管子开关速度更慢) 1》 Q6使用三极管和MOS管,输出波形的上升沿和下降沿没有明显区别。并且驱动500pF 的MOS管和驱动10.5nF的MOS管,上升沿和下降沿前者只有后者的1/4到1/5的样子。 2》 Q6使用三极管的关断延时比MOS管大的多。要是只开关PMOS,三极管和MOS管都 可以用,只是三极管输出的占空比畸变比MOS管大,最高频率也不如MOS管。要是PMOS+NMOS 组成的半桥结构。则使用三极管时需要很大的死区时间(大于2us)避开因为三极管关断延时 带来的PMOS和NMOS直通的问题。而MOS的导通和关断延时差不多并且很小(小于100ns)。 3》 Q4,Q5处必须使用三极管。MOS管组成的图腾柱电压损失1.5V比三极管的0.6V大的多,可能 让PMOS处于微弱导通状态,PMOS发热或PMOS和NMOS直通都会损坏电路。 4》 调整R12和R15的比值可以获得固定输入电压时的PMOS导通电压。可以减小R12,R15的阻值, 获得更快的上升速度,注意同时R12和R15的发热功率会更大。 5》 以下PMOS驱动电路虽然性能不是最优,但是器件少,电路简单。驱动大电容PMOS也可以。 适合用于5-36V电压范围的PMOS驱动。
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