【導(dǎo)讀】MOSFET因?qū)▋?nèi)阻低、開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源中。MOSFET的驅(qū)動(dòng)常根據(jù)電源IC和MOSFET的參數(shù)選擇合適的電路。下面一起探討MOSFET用于開關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)電路。
在使用MOSFET設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí),大部分人都會(huì)考慮MOSFET的導(dǎo)通電阻、最大電壓、最大電流。但很多時(shí)候也僅僅考慮了這些因素,這樣的電路也許可以正常工作,但并不是一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案。更細(xì)致的,MOSFET還應(yīng)考慮本身寄生的參數(shù)。對(duì)一個(gè)確定的MOSFET,其驅(qū)動(dòng)電路,驅(qū)動(dòng)腳輸出的峰值電流,上升速率等,都會(huì)影響MOSFET的開關(guān)性能。
當(dāng)電源IC與MOS管選定之后,選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路來連接電源IC與MOS管就顯得尤其重要了。
一個(gè)好的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路有以下幾點(diǎn)要求:
開關(guān)管開通瞬時(shí),驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能提供足夠大的充電電流使MOSFET柵源極間電壓迅速上升到所需值,保證開關(guān)管能快速開通且不存在上升沿的高頻振蕩。
開關(guān)導(dǎo)通期間驅(qū)動(dòng)電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩(wěn)定且可靠導(dǎo)通。
關(guān)斷瞬間驅(qū)動(dòng)電路能提供一個(gè)盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放,保證開關(guān)管能快速關(guān)斷。
驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、損耗小。
根據(jù)情況施加隔離。
下面介紹幾個(gè)模塊電源中常用的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。
一、電源IC直接驅(qū)動(dòng)MOSFET
圖1 IC直接驅(qū)動(dòng)MOSFET
電源IC直接驅(qū)動(dòng)是我們最常用的驅(qū)動(dòng)方式,同時(shí)也是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方式,使用這種驅(qū)動(dòng)方式,應(yīng)該注意幾個(gè)參數(shù)以及這些參數(shù)的影響。第一,查看一下電源IC手冊(cè),其最大驅(qū)動(dòng)峰值電流,因?yàn)椴煌酒?,?qū)動(dòng)能力很多時(shí)候是不一樣的。第二,了解一下MOSFET的寄生電容,如圖1中C1、C2的值。如果C1、C2的值比較大,MOS管導(dǎo)通的需要的能量就比較大,如果電源IC沒有比較大的驅(qū)動(dòng)峰值電流,那么管子導(dǎo)通的速度就比較慢。如果驅(qū)動(dòng)能力不足,上升沿可能出現(xiàn)高頻振蕩,即使把圖1中Rg減小,也不能解決問題!IC驅(qū)動(dòng)能力、MOS寄生電容大小、MOS管開關(guān)速度等因素,都影響驅(qū)動(dòng)電阻阻值的選擇,所以Rg并不能無限減小。
二、電源IC驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)
如果選擇MOS管寄生電容比較大,電源IC內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)能力又不足時(shí),需要在驅(qū)動(dòng)電路上增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力,常使用圖騰柱電路增加電源IC驅(qū)動(dòng)能力,其電路如圖 2虛線框所示。
圖2 圖騰柱驅(qū)動(dòng)MOS
這種驅(qū)動(dòng)電路作用在于,提升電流提供能力,迅速完成對(duì)于柵極輸入電容電荷的充電過程。這種拓?fù)湓黾恿藢?dǎo)通所需要的時(shí)間,但是減少了關(guān)斷時(shí)間,開關(guān)管能快速開通且避免上升沿的高頻振蕩。
三、驅(qū)動(dòng)電路加速M(fèi)OS管關(guān)斷時(shí)間
圖3 加速M(fèi)OS關(guān)斷
關(guān)斷瞬間驅(qū)動(dòng)電路能提供一個(gè)盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓快速泄放,保證開關(guān)管能快速關(guān)斷。為使柵源極間電容電壓的快速泄放,常在驅(qū)動(dòng)電阻上并聯(lián)一個(gè)電阻和一個(gè)二極管,如圖3所示,其中D1常用的是快恢復(fù)二極管。這使關(guān)斷時(shí)間減小,同時(shí)減小關(guān)斷時(shí)的損耗。Rg2是防止關(guān)斷的時(shí)電流過大,把電源IC給燒掉。
圖4 改進(jìn)型加速M(fèi)OS關(guān)斷
在第二點(diǎn)介紹的圖騰柱電路也有加快關(guān)斷作用。當(dāng)電源IC的驅(qū)動(dòng)能力足夠時(shí),對(duì)圖2中電路改進(jìn)可以加速M(fèi)OS管關(guān)斷時(shí)間,得到如圖4所示電路。用三極管來泄放柵源極間電容電壓是比較常見的。如果Q1的發(fā)射極沒有電阻,當(dāng)PNP三極管導(dǎo)通時(shí),柵源極間電容短接,達(dá)到最短時(shí)間內(nèi)把電荷放完,最大限度減小關(guān)斷時(shí)的交叉損耗。與圖3拓?fù)湎啾容^,還有一個(gè)好處,就是柵源極間電容上的電荷泄放時(shí)電流不經(jīng)過電源IC,提高了可靠性。
四、驅(qū)動(dòng)電路加速M(fèi)OS管關(guān)斷時(shí)間
圖5 隔離驅(qū)動(dòng)
為了滿足如圖5所示高端MOS管的驅(qū)動(dòng),經(jīng)常會(huì)采用變壓器驅(qū)動(dòng),有時(shí)為了滿足安全隔離也使用變壓器驅(qū)動(dòng)。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的電感與C1形成LC振蕩,C1的目的是隔開直流,通過交流,同時(shí)也能防止磁芯飽和。
小結(jié):
除了以上驅(qū)動(dòng)電路之外,還有很多其它形式的驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)于各種各樣的驅(qū)動(dòng)電路并沒有一種驅(qū)動(dòng)電路是最好的,只有結(jié)合具體應(yīng)用,選擇最合適的驅(qū)動(dòng)。在設(shè)計(jì)電源時(shí),有上述幾個(gè)角度出發(fā)考慮如何設(shè)計(jì)MOS管的驅(qū)動(dòng)電路,如果選用成品電源,不管是模塊電源、普通開關(guān)電源、電源適配器等,這部分的工作一般都由電源設(shè)計(jì)廠家完成。
致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累,目前產(chǎn)品具有寬輸入電壓范圍,隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個(gè)系列,封裝形式多樣,兼容國際標(biāo)準(zhǔn)的SIP、DIP等封裝。同時(shí)致遠(yuǎn)電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室,配備最先進(jìn)、齊全的測(cè)試設(shè)備,全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測(cè)試,靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV,可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。
除了以上驅(qū)動(dòng)電路之外,還有很多其它形式的驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)于各種各樣的驅(qū)動(dòng)電路并沒有一種驅(qū)動(dòng)電路是最好的,只有結(jié)合具體應(yīng)用,選擇最合適的驅(qū)動(dòng)。