MOS 管防护电路全解析：实测数据揭示保护奥秘

出处：网络整理发布于：2025-06-26 16:09:11 | 82 次阅读

　　功率 MOS 管在电子设备中应用广泛，它具备诸多优点，比如导通电阻低、开关速度快等。然而，其承受短时过载的能力较为脆弱，特别是在高频应用场景下，这种弱点更为明显。为了提高功率 MOS 管的可靠性，在实际应用中必须为其设计合理的保护电路。
　　1. 防止栅极 di/dt 过高
　　采用驱动芯片直接驱动时，由于驱动芯片输出阻抗较低，会使功率管快速开通和关断。这可能引发两个问题：一是造成功率管漏源极间的电压震荡；二是使功率管遭受过高的 di/dt 而导致误导通。为避免这些问题，通常会在 MOS 驱动器的输出与 MOS 管的栅极之间串联一个电阻（R509），电阻值一般选取几十欧姆。
　　这个电阻的作用是减缓 Rds 从无穷大到 Rds (on)（一般为 0.1 欧姆或者更低）的变化过程。如果不添加 R509 电阻，在高压情况下，MOS 管开关速率过快，可能会导致周围被击穿。但如果 R509 电阻过大，MOS 管的开关速率会变慢，Rds 从无穷大到 Rds（on）需要一段时间，在高压下 Rds 会消耗大量功率，导致 MOS 管发热异常。此外，该电阻上并联的（D507）在脉冲下降沿时对栅极放电，使场效应管能快速截止，减少功耗。
　　2. 防止栅源极间过电压
　　MOS 管的栅极与源极阻抗很高，漏极与源极间的电压突变会通过极间电容耦合到栅极，产生相当高的栅源尖峰电压。同时，栅极容易积累电荷，这两种情况都可能使很薄的栅源氧化层击穿。为了保护 MOS 管，通常会在其栅极并联（图中 D903），将栅极电压限制在稳压管稳压值以下。
　　此外，MOS 管栅极并联电阻（图中 R516）用于释放栅极电荷，防止电荷积累。不过，实测发现单独焊接该下拉电阻（R516）不足以快速释放 g 极电荷，会导致 MOS 管误触发。可靠的放电电路需要依赖 MOS 管 g 极 -> D507 -> 驱动芯片地回路来实现。
　　3. 防护漏源极之间过电压
　　虽然漏源击穿电压 VDS 一般较大，但如果漏源极不加保护电路，器件开关瞬间电流的突变可能会产生漏极尖峰电压，进而损坏 MOS 管。功率管开关速度越快，产生的过电压越高。
　　为防止器件损坏，通常采用齐纳二极管钳位（图中 D901）和 RC 缓冲电路（图中 C916，R926）等保护措施。实测表明，加上稳压管（D901）的效果比加上 RC 电路更好，因此推荐先用稳压管进行测试。需要注意的是，此处绝对不能加 TVS，因为加 TVS 会导致源极电压抬高，损坏 gs。
　　4. 电流采样保护电路
　　当电流过大或者发生短路时，功率 MOS 管漏极与源极之间的电流会迅速增加并超过额定值，必须在过流极限值所规定的时间内关断功率 MOS 管，否则器件将被烧坏。因此，在主回路增加电流采样保护电路，将经过 MOS 管的电流通过采样电阻采样出来，然后将信号放大，将放大获得的信号和 MCU 给出的驱动信号经过或门控制驱动芯片的使能。当驱动电流过大时，禁止驱动芯片输出，从而保护 MOS 管回路。

　　综上所述，合理设计和应用这些防护电路对于保障 MOS 管的正常工作和延长其使用寿命至关重要。在实际应用中，需要根据具体的电路要求和工作环境，综合考虑各种因素，选择合适的防护方案。