MOSFET与预驱动器的匹配技巧

　　汽车应用中电气负载的数量及种类众多，在驱动及控制这些负载方面，没有“”的方案。有些负载是大功率，有些是低功率；可能是电阻型、电感型或电容型负载。它们可能需要的控制，或是仅需要简单的脉宽调制(PWM)或导通/关闭控制。在所有情况下，都有必要为负载及驱动器提供保护，并为微控制器(MCU)提供诊断信息。

　　适应宽负载范围的一种方法是使用现有金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和带必要保护及诊断功能的预驱动器。这种方法可以非常灵活，甚至可以使用已通过合格、您的库存中现有的MOSFET，为驱动器需求提供高性价比的方案。要使这一方案发挥的作用，MOSFET和预驱动器必须相互匹配。

　　预驱动器基础知识

　　图1了提供控制、保护及诊断功能的预驱动器基本组件示例。在导通期间，消隐(blanking)定时器启动，同时，门电荷由驱动器电源(VGG)通过驱动器输出阻抗(RG)提供给MOSFET。在此期间，比较器(CMP)感测MOSFET的漏极-源极电压(VDS)，并将其与参考电压(VREF)比较。如果在导通消隐时间的末尾时MOSFET的VDS大于VREF，就检测出可能的负载短路。然后，MOSFET关闭并保护器件本身，同时负载电压源(VL)短路诊断状态也被记录下来。

　　在关闭期间，消隐定时器启动，同时存储的门电荷由MOSFET通过RG缷除到地。在此期间，CMP感测MOSFET的VDS，并将其与不同的VREF比较。如果在关闭消隐时间的末尾时MOSFET的VDS小于VREF，就检测出可能的对地短路。在这种情况下，负载电流可以继续流动，但对地短路诊断状态获记录下来。

　　MOSFET基础知识

　　MOSFET已经应用多年，有关它们特性的文档也很齐全。但检视它的一些基础属性及数据表信息，可以在关键性能参数方面提供一些指引。我们将使用安森美半导体NTD3055L逻辑电平MOSFET数据表作为示例。

　　MOSFET数据表中常见的一个典型曲线是传递(transfer)特性曲线，如图2所示。这个曲线描绘了扫描VGS电压时饱和区域中的漏电流，在这个饱和区域中，VDS保持在大于10V的某个恒定电压。这曲线通常在3种温度条件下捕获，图2中所示的3种温度分别是绿色线条代表的-55°C、黑色线条代表的25°C和红色线条代表的100°C。

　　大多数MOSFET显示出零温度系数(TC)点特性；就NTD3055L而言，这个点出现于VGS ≈ 3.6V。对于给定VGS而言，温度高于这个点时，漏电流减小；温度低于这个点时，漏电流增加。在大多数应用中，MOSFET用作开关，工作在欧姆区(Ohmic region)，且高于零TC点，VGS = 5V。此外，虽然数据表参数表中门阈值电压(VGSTH)项目通常给出负温度系数，但检视曲线，探寻额外性能特性也很重要。

　　图2：TD3055L104传递特性。

　　另一个典型曲线是导通区域曲线，如图3所示。这个曲线描绘了扫描VDS时的漏电流，而VGS包含几个阶跃上升的电压值。这曲线通常在25°C时获得，但我们能使用图2来产生更多的曲线。我们采用低温及高温条件下图2中3V及4.5V VGS工作点时的漏电流，能够直接将这些曲线转移到图3。图中显示的新曲线中，绿色曲线针对-55°C，黑色曲线针对25°C，而红色曲线针对100°C。这些曲线显示了高于及低于零TC点的工作点条件下不同温度时的漏电流变化。

　　第三种非常有用的典型曲线是总门电荷曲线，如图4所示。该曲线描绘了门电荷传递时理想的VGS变化。这一曲线通常藉由25°C时在门极施加1mA恒定电流，在特殊工作点(图中“A”点)生成。它显示了门极至源极(Q1)、门极至漏极(Q2)及总电荷(QT)传递间隔。开关电荷(QSW)在阈值电压VGSTH与峰值电压(plateau voltage)VGSP之间提供，其中漏电压已降至其初始值的10%，但Q1+Q2的组合电荷仍然必须在开关时间间隔期间提供。

　　虽然通常显示的是给定VDS和ID工作点时的电荷传递曲线，我们能够以过观测近似峰值电压VGSP在曲线饱和区域产生ID的所施加VGS电压，使用图3中的导通区域曲线来生成更多的工作点电荷曲线。图中显示的这些曲线中，绿色曲线针对“B”在ID ≈ 8A的工作点；粉红色曲线针对“C”在ID ≈ 4A的工作点。这样一来，电荷传递量相应沿着Q1和Q2间隔调节。有趣的是，在给定VDS下，传递的总电荷仍然保持相对恒定，且会随着VDS下降而下降。如图中蓝色线条所示，出现这种现象的原因是有效门极至漏极(“米勒”)电容会随着电压增益dVDS/dVGS而变化。

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