MOS管誤導通,防止MOS管誤導通方法-KIA MOS管

MOS管誤導通原因

當MOS管從導通狀態突然切換到關斷狀態時，源極和漏極之間會產生陡峭的dVDS/dt，產生的電流通過米勒電容耦合到柵極，導致柵極電壓升高，產生電壓尖峰。如果這個電壓尖峰超過MOS管的開通閾值，MOSFET就會被誤開通，導致電路直通甚至損壞。

MOS管的誤導通和柵極擊穿損壞

MOS管的柵漏寄生電容（也叫米勒電容）會導致出現MOS管自開通現象。 導致MOS管誤導通和柵極擊穿損壞的原因是什么呢？

如下圖所示，當MOS管從導通狀態突然切換到關斷狀態時，MOS管的源極和漏極之間會產生陡峭的dVDS/dt。產生的電流經米勒電容耦合到柵極，導致在柵極電阻中產生電壓降，從而提高柵極電壓，產生較大的電壓尖峰。產生的電流為：i=Cgd·dVDS/dt。

當i·Rg＞Vgs(th)時，MOS管就會發生自導通，對于MOS管構成的H橋電路來說，這種自導通會帶來上管和下管同時導通的情況發生，可能損壞一個或者兩個MOS管。當柵極的尖峰電壓超過柵源之間允許的最大電壓時，會擊穿MOS管的柵極氧化層，導致損壞。

如何防止MOS管的誤導通和柵極擊穿損壞？

1.選擇合適的柵極串聯電阻。

MOS管的柵極一般都會接一個電阻，那么這個柵極串聯電阻有什么作用呢？

第一個作用就是可以限制驅動電流 ，防止瞬間驅動電流過大導致驅動芯片驅動能力不足或者損壞。MOS管的開啟可以看成是對Cgs和Cgd的充電過程，充電瞬間電容相當于短路，電流非常大，驅動芯片瞬間可能無法提供這么大的電流或者因為電流過大而損壞，所以串接一個電阻起限流和保護作用。

第二個作用就是解決上面提到的問題-防止MOS管的誤導通和柵極擊穿損壞。增大MOS管的柵極串聯電阻可以減小開關的導通速度，從而減小dVDS/dt，進而減小柵極的尖峰電壓，達到防止MOS管的誤導通和柵極氧化層擊穿損壞的目的。

但MOS管的柵極電阻過大，會降低開關速度，導致功率損耗增加，引發潛在的發熱問題。相反，較小的柵極串聯電阻會提高開關速度，容易引發電壓尖峰。因此對于柵極電阻的選擇要均衡考慮開關速度和尖峰電壓的影響。

2.串聯合適的柵源電容。

在柵極和源極之間插入一個電容，這個電容會吸收因dVDS/dt而產生的柵漏電流，從而防止MOS管的誤導通和柵極擊穿損壞。

3.可以在柵源之間并聯一個TVS二極管（瞬態電壓抑制二極管），但需要選擇合適的鉗位電壓（Vc）。

TVS二極管是一種抑制過電壓的保護元件，TVS二極管一般反向并聯與被保護元件兩端，正常工作時，二極管處于截止狀態，不影響電路的正常工作；但當電路中有瞬間的高電壓沖擊時，二極管能夠迅速反向擊穿導通（導通時間大多為P秒級），將被保護元件兩端的電壓鉗位在一個較低的水平，從而使被保護元件免于損壞。

TVS二極管保護元件的原理如下圖所示：

4.使用米勒鉗位電路

通過在柵源之間增加一個MOS管來實現鉗位功能，當電壓低于預設的米勒電壓時，比較器提供邏輯高電平，使柵源之間的MOS管導通，短路米勒電容和柵極電阻的電流，從而穩定柵極電壓。

5.采用負壓驅動

利用負電壓提供柵極驅動電壓，使其不要超過閾值電壓Vgs(th)。這種方法可以有效防止誤導通，特別是在高壓大功率場合，如SiC MOSFET的應用中更為有效。

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