【元器件专题】MOS管上下桥设计详解（死区时间）

双MOS构造的上下桥互补电路，如果设计不合理会造成上下管同时导通的风险。

S1为上桥GS驱动信号，

S2为下桥驱动信号，

假设驱动信号逻辑如下：

理想情况下，

S1为低电平时，S2为高电平时，那就是上桥关断，下桥开通，下桥关断，上桥开通。

因为MOS的关断和开通是有时间延迟的，并不是理想的瞬间就能立刻完全关断和开通，

那么有可能上下桥都开通了，这样的话就会造成电源和地短路。

那就要中间设计一小段时间的延时

这个中间一小段延迟时间就是确保上桥完全关断的时间，就是常说的“死区时间”

这个死区时间通常设计为2-3us，具体问题具体分析。

上桥关闭下桥开通需要设计死区时间，同理下桥关闭上桥开通也要设计死区时间，如下图：

依次循环，整个周期都需要设计死区时间，因此S1，S2的这种带有死区时间的PWM控制方式叫做：互补输出

好，接下来分析上下桥互补输出对MOS管彼此是否会产生影响？

加上MOS管的驱动电阻和下拉电阻，如图：

在前面分析了，任何一个MOS管开通前，是需要等待一段死区延时时间，

也就是说，在死区区间，这两个MOS管都是处于关闭状态。

假设死区时间过了，当上管M1开始导通时，对下管M4会带来什么影响呢？，这时U点的电压是如何变化的？

第一种情况，当两个管子一直是关闭的，第一次M1开通，U点的电压可以是0-310的任意电压值（可以用示波器测试下），此时U就是处于那种不确定的情况，浮空高阻状态。

浮空 = 没有接到电源、GND 任何确定电位；高阻 = 节点和电源 / 地之间阻抗无穷大，几乎没有电流通路 合起来：引脚 / 节点既不接 VCC、也不接地，两边全是断开的高阻隔离，没有固定电位。 M1 关→U 和 + 310V 之间断开；M4 关→U 和 GND 之间断开 U 只连着 MOS 微小寄生电容 Cds，没有直流泄放回路： 寄生电容容量极小，一丁点干扰电荷就能改变电压； 静电、空间辐射、走线耦合杂波，都会给电容充放电； → U 电压不固定，随机飘在 0~310V 之间任意数值，这就是浮空高阻。

延伸：栅极 G 极浮空的危害（你电路里 R2=18K 就是防浮空）

如果去掉 18K 下拉电阻，MOS 关断后 G 极浮空高阻：米勒电容 Cgd 耦合过来的尖峰电荷无处泄放，Vgs 慢慢抬升，超过 Vth 就管子误导通，上下管直通炸机，所以加下拉电阻把 G 极牢牢拉到 GND，破除浮空。

一句话记忆：

浮空高阻 = 没地方固定电压，电位随干扰乱跑；接上电源 / 地 / 导通器件，就退出浮空，电压固定。

U点可能存在高的dv/dt，di/dt。

上桥开通时间越短，dv/dt就会越大，那么U点产生的dv/dt，就会对下管的GS产生电压影响。继续分析。

dv/dt越快，频率越高，当频率高到一定程度就有可能通过Cgd和Cgs电容。

那么，Cgd和Cgs会同时充电。

两个电容串联充电会产生分压，因此Cgs上一定会产生分压。

当分压达到MOS管的开通阈值电压时，那就可能误导通。

改善方法：

• 减小R2
• 增大Cgs
• 并电容
• g加二极管

目的是不能让下管产生误导通。前面分析了，而误导通产生的原因时高的dv/dt，因此还可以降低dv/dt，让上管开通相对慢一点。或者选择导通阈值高的MOS管。

要让MOS管开通慢一点，加大驱动电阻就能解决，设计MOS管开关速度，并不是开通越快越好，同理，下桥开通太快也会对上桥GS电压产生影响。

因此上下桥都不是开通越快越好。