求助帖！高速PNP管驱动电路设计出现奇怪问题，求大神解答！

LY_Bear

最近在测试一款PNP管的驱动方案，驱动测试板电路图如下所示

使用PNP管型号和其器件的型号封装如图所示。其中，L+为+24V，M为功率端GND；Y0为输出端。
图中的驱动边与功率边电路是隔离的，使用CAIS-3740HB，
输出侧通过驱动2N7002K，使得PNP管导通，二极管DSK26为续流二极管，用于输出驱动感性负载。
测试
将输入端，连接MCU的电源和GPIO口，输出端接+5V和+24V电源。
输入端MCU输出200KHz的50%占空比方波，输出端一直到2N7002K的栅极端都是没有畸变和过冲的方波，
2N7002K的漏极波形就发生了严重畸变，再到Y0输出口，直接就一条直线，一点波形都没有了？！！

图1  2N7002K的栅极驱动信号

图2  2N7002K的漏极驱动信号

图3 输出Y0端口信号（空载）

把MCU方波频率下调到12.5KHz，并在输出端口加入10KΩ负载，输出端信号频率如下图所示


最后，希望各位大神能不吝赐教！小弟在此先行谢过！

CheneyY

我认为应该是频率响应和管子的寄生电荷导致的问题


第二幅图7002K的漏极波形，上升沿迟缓是由于管子的寄生电容在充电，这个对晶体管来说很正常，而下降沿的猛烈过冲可能是由于寄生电容放电，对地平面造成了冲击，因为电容两端电压不允许突变，会有较大的脉动电流；而对于PNP，它是三极管，是电流型器件，不接入负载的话相当于负载RL无穷大，这时候Ic=0，输出当然是24V DC了。其实你这种接法就像用分立元件搭了一个IGBT，这种电路适合驱动低频大功率负载。


我去元件厂家官网上找到了PNP的SPICE模型简单仿真了一下，和测试结果比较符合


然后分别在不同的负载RL以及不同的驱动信号频率f条件下仿真









所以如果非要在200KHz频率下驱动，你可以试试47Ω的水泥电阻当负载，或者直接接一个24V直流电机之类的。

LY_Bear

CheneyY 发表于 2024-9-3 23:10
我认为应该是频率响应和管子的寄生电荷导致的问题

答主详细的解答，于我而言，醍醐灌顶！
爱了爱了！

LY_Bear

CheneyY 发表于 2024-9-3 23:10
我认为应该是频率响应和管子的寄生电荷导致的问题

有两个问题，想再请教一下
1、如何解决这2n7002漏极的下冲？
2、怎么才能在200Khz下拥有一个良好的方波波形？

望大佬指点！

ghslfgkkl88

一定要PNP输出？改成NPN输出，CAIS-3740HB直接驱动NPN，Q1跟Q5都可以不要了。

CheneyY

LY_Bear 发表于 2024-9-4 09:55
有两个问题，想再请教一下
1、如何解决这2n7002漏极的下冲？
2、怎么才能在200Khz下拥有一个良好的方波 ...

1、在MOS的漏源之间（与体二极管方向相同）并联一个低压降（0.3V左右的）、快速的肖特基二极管，用来钳位下冲，MOS的体二极管压降太大了（大约1V以上）；或者换换其他Ron小的mos试试看，2N7002这管子在10V的Vgs情况下Rds都有7欧姆了（我看的是NXP的手册，不同厂家的不一样但是应该普遍偏大）


2、要看你的负载，从仿真来看，带33-100欧姆阻性负载的200K波形还是很不错的，其实不是特殊要求的话比较推荐你用MOS来做驱动。

LY_Bear

ghslfgkkl88 发表于 2024-9-4 11:05
一定要PNP输出？改成NPN输出，CAIS-3740HB直接驱动NPN，Q1跟Q5都可以不要了。

耐压达不到，CAIS-3740HB好像只能承受5.5V左右的电压，所以要加一个2n7002K，做电压转换。

LY_Bear

ghslfgkkl88 发表于 2024-9-4 11:05
一定要PNP输出？改成NPN输出，CAIS-3740HB直接驱动NPN，Q1跟Q5都可以不要了。

说错了，用PNP输出是遵照原设计改版的，原设计就是PNP输出，想改的话，可能比较难

ghslfgkkl88

LY_Bear 发表于 2024-9-4 12:25
说错了，用PNP输出是遵照原设计改版的，原设计就是PNP输出，想改的话，可能比较难

ghslfgkkl88

LY_Bear 发表于 2024-9-4 12:25
说错了，用PNP输出是遵照原设计改版的，原设计就是PNP输出，想改的话，可能比较难

受1楼大侠CheneyY的启发，我去官网下载了spice模型放到multisim中仿真，按你的电路就是一条直线。仿真发现R3和负载电阻大小，都会影响波形。

不过换了一颗PNP后，波形就完美了。

LY_Bear

ghslfgkkl88 发表于 2024-9-4 15:57

2SB1205S-TL-E这个器件耐压好像不够，还有就是成本比较高，封装比较大，板子放不下了。
还有就是你仿真电路器件连接好像有误

ghslfgkkl88

LY_Bear 发表于 2024-9-4 16:19
2SB1205S-TL-E这个器件耐压好像不够，还有就是成本比较高，封装比较大，板子放不下了。
还有就是你仿真 ...

确实弄错了，调整过来这样

ghslfgkkl88

LY_Bear 发表于 2024-9-4 12:25
说错了，用PNP输出是遵照原设计改版的，原设计就是PNP输出，想改的话，可能比较难

确实如CheneyY所说的，注意负载。要输出1A驱动电流，那就是24欧姆

ghslfgkkl88

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