讨论贴，怎么判断一个驱动器能否在一定频率下驱动一个nmos管？

LY_Bear

在设计驱动nmos驱动电路中，各位大神根据nmos数据手册
1、怎么计算出一个驱动器能否在一定频率下很好驱动这个nmos管的呢？
（我用的隔离芯片，输出侧最大只提供4mA电流每通道，在设计驱动电路时犯难，是否需要再加一级ucc27517栅极驱动器？）

这个是ZXMN6A07Z（美台）SOT-89封装

这个是3N06-MS（美森科）SOT-89封装

2、怎么判断这个nmos管在这个驱动器下能带多大范围阻性负载呢？
（仿真中发现，同一个nmos管，带不同大小的阻性负载，漏极波形有比较大差异，个人考虑是Cds电容问题，不知想法是否有误？）
下图为个人仿真测试，如有错误，欢迎指正❥(^_-)

负载3K

负载1K

希望各位大神不吝赐教！万分感谢~

CheneyY

这是用的ADI的LTspice吧，好熟悉的界面。

1、想确定驱动电流，关键看MOS手册里的的总栅极电荷Cg的大小。对于高速应用场合，这个是越小越好，当然实际产品还是得综合成本考虑。首先你需要确定你的驱动频率，驱动信号在一个周期内的上升沿与下降沿最大允许时间。假设我们的驱动信号是200KHz，那么一个信号周期T=5μs，而在驱动强度I=4mA的条件下，如果用的MOS是ZXMN6A07Z，在驱动电压12V的情况下，Qg=4nC(手册只给了5V和10V的值，这里是估计，Qg与Vgs正相关)，根据Q=I·t，这个Cg充满电的时间t=Qg/I=1μs，这个也就是信号的上升沿时间，下降沿也是一样的，实际上的时间应该会比这个大，因为随着电容电压升高，你的驱动电流不一定能始终维持4mA。
考虑理想的情况，一个周期5μs，上升下降沿分别占了1μs(也就是20%),那么高低电平分别只有1.5ns（30%），我认为这是不能接受的。
现在做一点小小的调整：
       A. 假如现在的PWM信号非常牛B,可以有20mA驱动电流，那么Cg充电时间t=0.2μs，上升下降沿分别占了4%，高电平和低电平分别就是46%，这个栅极的驱动信号应该就会很好看了，应该是边沿光滑的方波，对EMI非常友好；
       B. 假如你看现在这个12V信号源不爽，换了个5V信号源，这时候查看手册，Qg变为1.65nC，那么Cg充电时间t=0.4125ns,上升下降沿分别占了8.25%，高低电平就是41.75%，这时候的波形也能接受。
所以可以想办法增大驱动电流，或者降低驱动电压或者两个办法都采用（而且完全可以把栅极下拉电阻从10K换成100K，减小对驱动电流的消耗），上面只是简单分析，实际设计一定要留上一些余量。



2、我认为这里不仅仅是Cds，而是包含了Cds在内的漏极对地的总电容在影响。这个电容配合不同阻值的负载R构成了一个RC网络，它的时间常数τ=RC，而τ越小，电容的充电时间越短，漏极的信号上升沿就越陡峭。至于合适的阻值范围我觉得可以利用仿真找一个差不多的值，然后打板回来配合仿真结果去找出调试的大方向，慢慢将电路搞到最佳状态，这样板子的功能比较容易且迅速的达到预期。只要你的spice模型是在元件厂家官网下载的，仿真结果一般都比较可信。真要计算的话还需要考虑走线布局引入的寄生电容，这种计算就不太准确了。然后还有就是MOS带的负载和驱动器是没关系的，驱动器只是负责MOS栅极的驱动。

eric2013

CheneyY 发表于 2024-9-7 22:24
这是用的ADI的LTspice吧，好熟悉的界面。

1、想确定驱动电流，关键看MOS手册里的的总栅极电荷Cg的大小。 ...

牛，这么详细的回复。

LY_Bear

CheneyY 发表于 2024-9-7 22:24
这是用的ADI的LTspice吧，好熟悉的界面。

1、想确定驱动电流，关键看MOS手册里的的总栅极电荷Cg的大小。 ...

大神的回答非常的优秀！
我还有一个问题
就是为啥很少看到P型管的高速输出电路？
是P型管比较麻烦吗？

而且通过LTSpice发现，P管带负载需要比较大电流才会有比较好的波形，
负载电阻变大一些，方波就会有明显失真。

CheneyY

LY_Bear 发表于 2024-9-9 10:15
大神的回答非常的优秀！
我还有一个问题
就是为啥很少看到P型管的高速输出电路？

是因为NPN是在负载低侧开关，在Vb比较低的情况下就能进入饱和导通状态，几乎不需要考虑设计驱动电路（成本下来了，电路也简化了），可以看看这个 https://www.sohu.com/a/435858141_120051180

mygod

这个原则 第一看你老板有没有要求，NMOS都可以加驱动IC，就是费钱

ghslfgkkl88

CheneyY 发表于 2024-9-7 22:24
这是用的ADI的LTspice吧，好熟悉的界面。

1、想确定驱动电流，关键看MOS手册里的的总栅极电荷Cg的大小。 ...

高手啊，学习了。

LY_Bear

CheneyY 发表于 2024-9-9 11:19
是因为NPN是在负载低侧开关，在Vb比较低的情况下就能进入饱和导通状态，几乎不需要考虑设计驱动电路（成 ...

今天在看一个栅极驱动器的电路时发现，器件的上管用的是NPN管

我搭了下图所示电路仿真了一下，发现效果还是不错的，不知道这样使用
是否有什么坑点，或者不妥？
大佬能帮看看嘛？

ghslfgkkl88

LY_Bear 发表于 2024-9-9 13:47
今天在看一个栅极驱动器的电路时发现，器件的上管用的是NPN管

我搭了下图所示电路仿真了一下，发现效 ...

NPN这样用是不合理的，NPN要可靠导通，Vbe必须大于一定的值。NPN这种上边侧用法，Vbe是不稳定的，实际使用可能会碰到部分失效的情况。

CheneyY

ghslfgkkl88 发表于 2024-9-9 14:14
NPN这样用是不合理的，NPN要可靠导通，Vbe必须大于一定的值。NPN这种上边侧用法，Vbe是不稳定的，实际使 ...

是的，三极管用作开关的首要条件就是管子工作在非线性区，饱和导通。

CheneyY

LY_Bear 发表于 2024-9-9 13:47
今天在看一个栅极驱动器的电路时发现，器件的上管用的是NPN管

我搭了下图所示电路仿真了一下，发现效 ...

这样用会有问题的，必须确保三极管工作在饱和区（注意使BJT满足工作在饱和区时的结电压条件），NPN一般用作低侧开关，PNP用作高侧开关。

LY_Bear

CheneyY 发表于 2024-9-7 22:24
这是用的ADI的LTspice吧，好熟悉的界面。

1、想确定驱动电流，关键看MOS手册里的的总栅极电荷Cg的大小。 ...

实测了！用的就是上述的两个NMOS，负载51ohm水泥电阻，测试结果如下
NMOS型号ZXMN6A07Z（SOT-89）


CA-IS3740输出端&NMOS栅极驱动信号

NMOS漏极输出信号


NMOS型号2SK2857（SOT-89）

CA-IS3740输出端&NMOS栅极驱动信号

NMOS漏极输出信号

菜鸟我有两个问题：
1、凭借大佬自己的经验，这两个MOS管，哪个会更好一些呢？
2、这个漏极的上下冲如何改善嘞？

希望大佬不吝赐教！

CheneyY

LY_Bear 发表于 2024-9-11 16:10
实测了！用的就是上述的两个NMOS，负载51ohm水泥电阻，测试结果如下
NMOS型号ZXMN6A07Z（SOT-89）

我其实是入行没多久正在积累经验的菜鸡，干硬件太吃经验了
1、刚刚立创找了一下，这两个管子你们是准备用台舟的吗，台舟的管子两份手册一模一样，我有点担心数据的真实性，但是从波形来看管子区别不大，哪个便宜用哪个。栅极波形在每个周期的上升下降沿上都扭了一下，那里应该是米勒平台，正常现象，可以加大驱动电流。
2、这里振铃是上升沿和下降沿都出现了，看着像是开关噪声，比较好办。应该可以用DCDC抑制开关节点振铃的套路尝试一下，在漏极搞一个RC snubber，可以直接串一个6.8Ω+470pF到地，然后慢慢调这两个玩意，C越大对振铃的抑制越明显，但是损耗也越大，我给个ti的手册给你看看。 zhcaa52减小同步 Buck 变换器开关节点振荡的三种方法.pdf (914.48 KB, 下载次数: 3)

2024-9-11 19:53 上传

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LY_Bear

CheneyY 发表于 2024-9-11 19:54
我其实是入行没多久正在积累经验的菜鸡，干硬件太吃经验了
1、刚刚立创找了一下，这两个管子你们是 ...

2SK2857用的是台舟的，这个mos数据手册和美森科的3N06-MS几乎一样，但是3N06-MS更便宜

ZXMN6A07Z是美台的，这玩意立创老贵了，3块多一片；淘宝也要1块一片，不过米勒效应确实比较小。
比较符合数据手册中不到2nC的Qg的描述。

初步决定还是使用美台的ZXMN6A07Z，先做好效果。

LY_Bear

CheneyY 发表于 2024-9-11 19:54
我其实是入行没多久正在积累经验的菜鸡，干硬件太吃经验了
1、刚刚立创找了一下，这两个管子你们是 ...

昨天测输出负载为51ohm，负载电流但是这个输出在高速输出模式下也就输出10mA左右电流，

今天在负载10mA的测试中，美台那个寄生电容小的mos的漏极也出现了比较严重的上升沿失真，这种现象有解决方法吗？

CheneyY

LY_Bear 发表于 2024-9-12 10:11
昨天测输出负载为51ohm，负载电流但是这个输出在高速输出模式下也就输出10mA左右电流，

今天在负载10m ...

不应该啊，那个电容也很小了，而且频率都没上兆吧，示波器测试用的是弹簧针接地吗，如果用鳄鱼夹接地测出来可能会受干扰

CheneyY

LY_Bear 发表于 2024-9-12 10:11
昨天测输出负载为51ohm，负载电流但是这个输出在高速输出模式下也就输出10mA左右电流，

今天在负载10m ...

当然和layout也有一定关系，你可以就在漏极搞个rc snubber试试看