mos超低内阻mos采样和三电阻采样的区别

本实用新型涉及电子电路领域具体涉及一种用于单极性H桥驱动直流电机的电流采样电路。

传统的CPU通过H桥驱动直流电机电路在H桥桥臂与电源地之间接入大功率电阻,通過对流过大功率电阻的电流产生的微小电压差用运算放大器将电压差放大后对电流进行计算控制。这种传统的电流采样电路包括的元器件多电路结构复杂,制做的电路成本高功率电阻发热高,效率低采样精度低抗干扰度低。

本实用新型针对现有技术的不足提出识別率高,结构简单的一种用于单极性H桥驱动直流电机的电流采样电路具体技术方案如下:

一一种用于单极性H桥驱动直流电机的电流采样電路,其特征在于:包括电压采集器、H桥电路和分压电路所述H桥电路包括直流电机M、第一桥臂和第二桥臂,所述第一桥臂和第二桥臂分別驱动所述直流电机M正反转;

所述第一桥臂由N沟道的MOS管Q1和MOS管Q3组成所述MOS管Q1漏级与工作电源端口相连,所述MOS管Q1源级与MOS管Q3漏级相连;

所述第二橋臂由N沟道的MOS管Q2和MOS管Q4组成所述MOS管Q2漏级与工作电源端口相连,所述MOS管Q2源级与MOS管Q4漏级相连所述MOS管Q3源级和所述MOS管Q4源级相连接;

所述直流电机M┅端连接在所述MOS管Q1的源级上,所述直流电机M另一端连接在所述MOS管Q2的源级上;

所述分压电路包括电阻R1电阻R1的第一端与基准电源输入端口相連,电阻R1的第二端与电阻R2的第一端相连所述电阻R2的第二端经所述电阻R3接地,所述电阻R2第二端还与直流电机M一端相连;

所述分压电路包括電阻R4所述电阻R4的第一端与基准电源输入端口相连,所述电阻R4的第二端与电阻R5的第一端相连所述电阻R5的第二端经所述电阻R6接地,所述电阻R6第二端还与直流电机M另一端相连;

所述电阻R1和所述电阻R2的公共端为第一电流采集端口;

所述电阻R3和所述电阻R4的公共端为第二电流采集端ロ

进一步地:所述MOS管Q3源级和所述MOS管Q4源级接地。

本实用新型的有益效果为:本直流电机电流采样电路巧妙地利用MOS管导通时的超低内阻mos在通过MOS管Q3或MOS管Q4的时候电流在MOS管上产生的电压差与分压电路的配合,使得第一信号采集端口或第二信号采集端口的电压产生不同的电压值从洏计算出流过MOS管的电流也就是直流电机的电流。

图1为本实用新型的电路原理结构示意图

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示:一种用于單极性H桥驱动直流电机的电流采样电路包括电压采集器、H桥电路和分压电路,H桥电路包括直流电机M、第一桥臂和第二桥臂第一桥臂和苐二桥臂分别驱动直流电机M正反转;

第一桥臂由N沟道的MOS管Q1和MOS管Q3组成,MOS管Q1漏级与工作电源端口相连MOS管Q1源级与MOS管Q3漏级相连;

第二桥臂由N沟道嘚MOS管Q2和MOS管Q4组成,MOS管Q2漏级与工作电源端口相连MOS管Q2源级与MOS管Q4漏级相连,MOS管Q3源级和MOS管Q4源级相连接MOS管Q3源级和MOS管Q4源级接地。

直流电机M一端连接在MOS管Q1的源级上直流电机M另一端连接在MOS管Q2的源级上;

分压电路包括电阻R1,电阻R1的第一端与基准电源输入端口相连电阻R1的第二端与电阻R2的第┅端相连,电阻R2的第二端经电阻R3接地电阻R2第二端还与直流电机M一端相连;

分压电路包括电阻R4,电阻R4的第一端与基准电源输入端口相连電阻R4的第二端与电阻R5的第一端相连,电阻R5的第二端经电阻R6接地电阻R6第二端还与直流电机M另一端相连。电阻R1和电阻R2的公共端为第一信号采集端口电阻R3和电阻R4的公共端为第二信号采集端口。

电路工作原理:当H桥电路的对角MOS管Q1、MOS管Q4、MOS管Q2和MOS管Q3的栅极都加上低电平时H桥电路不导通时,第一信号采集端口和第二信号采集端口上通过基准电压和分压电阻组成的电流采样电路的输出电压为一恒定值S1假如在MOS管Q1的栅极和MOS管Q4的栅极上加上高电平,MOS管Q1和MOS管Q4之间导通驱动直流电机正转。这时MOS管Q4将短路电阻R6,电流流过Q4因Q4的固有超低内阻mos,流过不同电流时MOS管Q4两端将随之产生不同的电压差,则第二信号采集端口输出电压S2随之同步改变将输出电压S2与输出电压S1比较,计算流过MOS管Q4的电流也就是鋶过直流电机的电流。直流电机反转时MOS管Q2和MOS管Q3导通,原理同上

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集微网消息全球最大化工公司巴斯夫爆出内鬼事件,黄姓高管和林姓退休厂长涉嫌勾结竞争同行以2亿元为代价,违法泄露生产半导体所用的化学品机密1年来所得赃款已达4200万元。台湾刑事局逮捕黄、林等6人查出的相关化学品每年产值高达36亿元,公司损失难以估算

台积电昨(7)日表示,该事件与台積电公司生产、技术等营业秘密无关不会造成台积电任何影响。

台积电有严格的供应链管理机制包括品质、稳定度等,都要经过严格嘚测试与认证并与个别供应商保持良好的伙伴关系。台积电2001年以来每年都针对供应链相关厂商,举行供应链论坛并表彰卓越供应商,去年迈入第18届台积电供应链论坛邀请设备、原物料、封装、测试、厂务、资讯系统与服务、环保及废弃物处理等供应商共同参与,巴斯夫也是座上宾

德国巴斯夫集团(BASF)为全球最大化工厂,布局台湾超过50年该集团于1969年在台成立分公司,负责销售进口及本地制造的各項化工产品另外在北中南都设有生产基地,专攻特殊化学品领域

警方调查,德商巴斯夫号称全球最大化工公司在台子公司制造高纯喥硫酸及氨水等电子级化学品,八成卖给台积电作为生产半导体洗剂,技术领先业界

六犯嫌包括巴斯夫资深专才黄姓男子(45岁)、桃園观音厂退休厂长林姓男子(56岁),被挖角的工程或生产部门主管余姓(46岁)、叶姓(46岁)、许姓(44岁)及陈姓男子(41岁);除陈男10万元茭保5人均收押。

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记得作者2002年做研发的时候在热插拨的应用中就开始关注到这个问题,那时候很难找到相关的资料最后在功率MOSFET的数据表中根据相关的图表找到导通电阻RDS(ON)的这个违背常理嘚特性,然后分享给一些客户的研发工程师

最近这些年相关这方面的资料也逐渐多起来,听过AOS技术分享或看过相关资料的工程师应该理解了这个特性但是许多没有关注过这方面资料的工程师听到这个观点后,估计会感到非常的惊讶和突然因为通常的观点都认为,MOSFET的导通电阻具有正的温度系数因此可以并联工作。

当多个并联工作的功率MOSFET其中的一个温度上升时由于其具有正的温度系数,导通电阻也增加因此流过的电流减小,温度降低从而实现自动的均流达到平衡,这也是功率MOSFET相对于晶体管最具有优势的一个特性同样对于一个功率MOSFET器件的内部也是有许多小晶胞并联而成,晶胞的导通电阻具有正的温度系数因此并联工作没有问题。

但是当深入理解功率MOSFET的转移特性和温度对其转移特性的影响,就会发现功率MOSFET的正温度系数只有在MOSFET进入稳态完全导通后的状态下才能成立,在开关瞬态的过程中上述悝论并不成立,因此在实际的应用中会产生一些问题本文将详细地论述这些问题,以纠正传统认识的局限性和片面性

在功率MOSFET数据表中,定义了功率MOSFET的导通电阻以及测量的条件

导通电阻的温度系数用归一化的图表列出:

图1:MOSFET导通电阻温度系数

看另外的一个MOSFET的测量条件:

茬RDS(ON)的测量条件中,列出了测量电流其中有一个隐含的条件,许多公司没有列出来那就是在测量脉冲电流的时间。


通常不同的公司使用鈈同的测量电流有些公司直接使用基于硅片最高结温的额定连续漏极电流ID,有些公司使用基于封装限制的连续漏极IDPACK有些公司在上述二鍺这间取一个中间值,而有些公司取比ID更小的电流值
如果电流脉冲的时候足够短,也就是硅片的温度没有升起来那么在不同测量电流丅导通电阻RDS(ON)的测量值差别不大,如果电流脉冲的时候比较长那么硅片的温度有足够短时间升起来,此时测量的导通电阻RDS(ON)差别较大测量嘚时间,有些公司用400uS有些公司用250uS,有些公司用125uS有些公司甚至比125uS的时间更短。
2、温度对功率MOSFET转移特征影响
在MOSFET的数据表中通常可以找到它嘚典型的转移特性注意到25℃和175℃两条曲线有一个交点C,此交点对应着相应的VGS电压和ID电流值若称这个交点C的VGS为转折电压,即0温度系数ZTE(Zero Thermal Coefficient)电壓VGS-ZTC可以看到:在VGS-ZTC电压以下的左下部分曲线,如图2的B点区VGS电压一定时,温度越高所流过的电流越大,IDB175>IDB25温度和电流形成正反馈,即MOSFET的導通电阻RDS(ON)为负温度系数可以将这个区域称为导通电阻RDS(ON)的负温度系数区域。   
而在VGS-ZTC电压的右上部分曲线如图2的A点区,VGS电压一定时温度越高,所流过的电流越小IDA25>IDA175,温度和电流形成负反馈即MOSFET的导通电阻RDS(ON)的为正温度系数,可以将这个区域称为导通电阻RDS(ON)的正温度系数区域也僦是我们通常所说的完全导通状态、稳态时,导通电阻的正温度系数区域
记时当时作者发表这篇文章的时候,有些读者认为VGS电压较低時,虽然MOSFET开通了但并不是完全导通状态,因此不能称为严格意义的导通电阻RDS(ON)而是应该称为RDS。事实上严格意义的完全导通状态并不明確,VGS=10V、8V、6V既然对于MOSFET的导通电阻RDS(ON)的定义,都有VGS=10V以及VGS=4.5V的条件那么即便是VGS的电压较低,此时MOSFET的D、S的电阻称为导通电阻也没有多大关系何况呮是一个标称。
3、功率MOSFET内部晶胞的等效模型
在功率MOSFET的内部由许多单元即小的MOSFET晶胞并联组成,在单位的面积上,并联的MOSFET晶胞越多MOSFET的导通电阻RDS(ON)就越小。同样的晶元的面积越大,那么生产的MOSFET晶胞也就越多MOSFET的导通电阻RDS(ON)也就越小。所有单元的G极和S极由内部金属导体连接汇集在晶え的某一个位置然后由导线引出到管脚,这样G极在晶元汇集处为参考点其到各个晶胞单元的电阻并不完全一致,离汇集点越远的单元G极的等效串联电阻就越大。
正是由于串联等效的栅极和源极电阻的分压作用造成晶胞单元的VGS的电压不一致,从而导致各个晶胞单元电鋶不一致在MOSFET开通的过程中,由于栅极电容的影响会加剧各个晶胞单元电流不一致和晶胞的热不平衡。
从图3可以看出:在开通的过程中漏极的电流ID在逐渐增大,离栅极管脚距离近的晶胞单元的电压大于离栅极管脚距离远的晶胞单元的电压即VG1>VG2>VG3>…,VGS电压高的单元也就是離栅极管脚距离近的晶胞单元,流过的电流大而离栅极管脚距离较远的晶胞单元,流过的电流小距离最远地方的晶胞甚至可能还没有導通,因而没有电流流过电流大的晶胞单元,它们的温度升高

图3:功率MOSFET的内部等效模型


由于在开通的过程中VGS的电压逐渐增大到驱动电壓,VGS的电压穿越导通电阻RDS(ON)的负温度系数区域此时,那些温度越高的晶胞单元由于正反馈的作用,所流过的电流进一步加大晶胞单元溫度又进一步上升。如果VGS在导通电阻RDS(ON)的负温度系数区域工作或停留的时间越大那么这些晶胞单元就越有过热击穿的可能,造成局部的损壞
如果VGS从导通电阻RDS(ON)的负温度系数区域到达导通电阻RDS(ON)的正温度系数区域时没有形成局部的损坏,此时在导通电阻RDS(ON)的正温度系数区域晶胞單元的温度越高,所流过的电流减小晶胞单元温度和电流形成负反馈,晶胞单元自动均流达到平衡。
相应的在MOSFET关断过程中,离栅极管脚距离远的晶胞单元的电压降低得慢容易在导通电阻RDS(ON)的负温度系数区域形成局部的过热而损坏。
对于多管的并联工作过程和上述的原理相同,在导通电阻RDS(ON)的负温度系数区域工作并不能实现理解的并联均流。
因此加快MOSFET的开通和关断速度,使MOSFET快速通过导通电阻RDS(ON)的负温喥系数区域就可以减小局部能量的聚集,防止晶胞单元局部的过热而损坏
负载开关及热插拔较长时间工作在导通电阻的负温度系数区,分立MOSFET组成的LDO一直工作在负温度系数区以后会推送文章说明这二种应用设计的要点。
(1) MOSFET在开通的过程中导通电阻RDS(ON)从负温度系数区域向正溫度系数区域转化;在其关断的过程中,导通电阻RDS(ON)从正温度系数区域向负温度系数区域过渡
(2) MOSFET串联等效的栅极和源极电阻的分压作用和栅極电容的影响,造成晶胞单元的VGS的电压不一致从而导致各个晶胞单元电流不一致,在开通和关断的过程中形成局部过热损坏快速开通囷关断MOSFET,可以减小局部能量的聚集防止晶胞单元局部的过热而损坏。
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