MOS管在電動車控制板中幾個應用

一、MOS管應用電路

MOS驅動，有幾個特別的需求:

低壓應用

當運用5V電源，這時分假如運用傳統的圖騰柱構造，由于三極管的Vbe有0.7V左右的壓降，招致實踐最終加在Gate上的電壓只要4.3V。這時分，我們選用標稱Gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風險;同樣的問題也發作在運用3V或者其他低壓電源的場所。

寬電壓應用

輸入電壓并不是一個固定值，它會隨著時間或者其他要素而變動。這個變動招致PWM電路提供應MOS管的驅動電壓是不穩定的。

為了讓MOS管在高VGate下安全，很多MOS管內置了穩壓管強行限制VGate的幅值。在這種狀況下，當提供的驅動電壓超越穩壓管的電壓，就會惹起較大的靜態功耗。

同時，假如簡單的用電阻分壓的原理降低VGate，就會呈現輸入電壓比擬高的時分，MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時分VGate缺乏，惹起導通不夠徹底，從而增加功耗。

雙電壓應用

在一些控制電路中，邏輯局部運用典型的5V或者3.3V數字電壓，而功率局部運用12V以至更高的電壓。兩個電壓采用共中央式銜接。

這就提出一個請求，需求運用一個電路，讓低壓側可以有效的控制高壓側的MOS管，同時高壓側的MOS管也同樣會面對1和2中提到的問題。

在這三種狀況下，圖騰柱構造無法滿足輸出請求，而很多現成的MOS驅動IC，似乎也沒有包含Vgate限制的構造。于是設計了一個相對通用的電路來滿足這三種需求。用于NMOS的驅動電路如下所示：

Vl和Vh分別是低端和高端的電源，兩個電壓能夠是相同的，但是Vl不應該超越Vh。

Q1和Q2組成了一個反置的圖騰柱，用來完成隔離，同時確保兩只驅動管Q3和Q4不會同時導通。

R2和R3提供了PWM電壓基準，經過改動這個基準，能夠讓電路工作在PWM信號波形比擬陡直的位置。

Q3和Q4用來提供驅動電流，由于導通的時分，Q3和Q4相對Vh和GND最低都只要一個Vce的壓降，這個壓降通常只要0.3V左右，大大低于0.7V的Vce。

R5和R6是反應電阻，用于對gate電壓停止采樣，采樣后的電壓經過Q5對Q1和Q2的基極產生一個激烈的負反應，從而把gate電壓限制在一個有限的數值。這個數值能夠經過R5和R6來調理。

R1提供了對Q3和Q4的基極電流限制，R4提供了對MOS管的gate電流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的時分能夠在R4上面并聯加速電容。

二、MOS管驅動

在MOS管的構造中能夠看到，在GS，GD之間存在寄生電容，MOS管的驅動，實踐上就是對電容的充放電。對電容的充電需求一個電流，由于對電容充電霎時能夠把電容看成短路，所以霎時電流會比擬大。選擇MOS管驅動時第一要留意的是可提供霎時短路電流的大小。

另外：普遍用于高端驅動的NMOS，導通時需求是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。假如在同一個系統里，要得到比VCC大的電壓，就要特地的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵，要留意的是應該選擇適宜的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。

上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導通電壓，設計時當然需求有一定的余量。而且電壓越高，導通速度越快，導通電阻也越小。如今也有導通電壓更小的MOS管用在不同的范疇里，但在12V汽車電子系統里，普通4V導通就夠用了。

三、MOS在電動車控制器中的應用

我們電動車上用的功率mos常cmos集成電路中的小功率mos構造是不一樣的。小功率mos是平面型構造。而電動車上上用的功率mos是平面構造。平面型構造是指，mos柵極，源級和漏級都在芯片外表(或者說正面)，而溝道也在芯片外表橫向排列。(我們常見的教科書的引見mos原理普通都是拿平面構造引見)。

而功率mos的平面構造(溝道是深槽平面構造)是柵極和源級引線從芯片正面引出(其實柵極也不在外表而是內部，只是比擬靠近外表)，而漏級是從芯片反面引出(其實整個芯片反面都是漏級銜接在一同的，整個個漏級用焊接資料直接焊接在金屬板上，就是mos的金屬背板，普通是銅鍍錫的)，所以我們見到的mos普通金屬板和中間引腳(就是漏級)是完整導通的(有些特殊的封裝是能夠做到金屬板和中間腳絕緣的)。

功率mos內部從漏級到源級是有一個二極管的，這個二極管根本上一切的功率mos都具有，和它自身構造有關系(不需求單獨制造，設計自身就有)。當然能夠經過改動設計制造工藝，不造出這個二極管。但是這會影響芯片功率密度，要做到同樣耐壓和內阻，需求更大的芯片面積(由于構造不同)。大家只是曉得這回事就行了。

我們所見的mos管，其實內部由成千上萬個小mos管并聯而成(實踐數量普通是上千萬個，和芯片面積和工藝有關)。假如在工作中，有一個或幾個小管短路，則整個mos表現為短路，當然大電流短路mos可能直接燒斷了(有時表現為金屬板和黑色塑封間開裂)，又表現為開路。

大家可能會想這上千萬個小mos應該很容易呈現一個或幾個壞的吧，其實真沒那么容易，目前的制造工藝根本保證了這些小單位各種參數高度分歧性。它們的各種開關動作簡直完整分歧，當然最終燒壞時，肯定有先接受不了的小管先壞。所以管子的穩定性和制造工藝密不可分，差的工藝可能招致這些小管的參數不那么分歧。有時一點小的工藝缺陷(比方一個1um以至更小的顆粒假如在關鍵位置)常常會形成整個芯片(缺陷所在的管芯)報廢。

四、MOS開關管損失

MOS管導通后都有導通電阻存在，這樣電流就會在這個電阻上耗費能量，這局部耗費的能量叫做導通損耗。小功率MOS管導通電阻普通在幾mΩ-幾十mΩ左右。

MOS在導通和截止的時分，一定不是在霎時完成的。MOS兩端的電壓有一個降落的過程，流過的電流有一個上升的過程，在這段時間內，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多，而且開關頻率越快，損失也越大。

導通霎時電壓和電流的乘積很大，形成的損失也就很大。縮短開關時間，能夠減小每次導通時的損失;降低開關頻率，能夠減小單位時間內的開關次數。這兩種方法都能夠減小開關損失。

五、MOS管電路的特性

用低端電壓和PWM驅動高端MOS管

用小幅度的PWM信號驅動高gate電壓需求的MOS管

VGate的峰值限制

輸入和輸出的電流限制經過運用適宜的電阻，能夠到達很低的功耗

PWM信號反相。NMOS并不需求這個特性，能夠經過前置一個反相器來處理。

電動車常用的MOS型號MCC,為MCB130N10Y MCAC80N10Y ，雷卯電子都有對應替代型號已批量在出貨詳詢代理和業務。