【導讀】MOSFET因?qū)▋?nèi)阻低、開關(guān)速度快等優(yōu)點被廣泛應用于開關(guān)電源中。MOSFET的驅(qū)動常根據(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)動電路。
在使用MOSFET設計開關(guān)電源時,大部分人都會考慮MOSFET的導通電阻、最大電壓、最大電流。但很多時候也僅僅考慮了這些因素,這樣的電路也許可以正常工作,但并不是一個好的設計方案。更細致的,MOSFET還應考慮本身寄生的參數(shù)。對一個確定的MOSFET,其驅(qū)動電路,驅(qū)動腳輸出的峰值電流,上升速率等,都會影響MOSFET的開關(guān)性能。
當電源IC與MOS管選定之后,選擇合適的驅(qū)動電路來連接電源IC與MOS管就顯得尤其重要了。
一個好的MOSFET驅(qū)動電路有以下幾點要求:
開關(guān)管開通瞬時,驅(qū)動電路應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)導通期間驅(qū)動電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩(wěn)定且可靠導通。
關(guān)斷瞬間驅(qū)動電路能提供一個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)動電路結(jié)構(gòu)簡單可靠、損耗小。
根據(jù)情況施加隔離。
下面介紹幾個模塊電源中常用的MOSFET驅(qū)動電路。
1、電源IC直接驅(qū)動MOSFET
圖1 IC直接驅(qū)動MOSFET
電源IC直接驅(qū)動是我們最常用的驅(qū)動方式,同時也是最簡單的驅(qū)動方式,使用這種驅(qū)動方式,應該注意幾個參數(shù)以及這些參數(shù)的影響。第一,查看一下電源IC手冊,其最大驅(qū)動峰值電流,因為不同芯片,驅(qū)動能力很多時候是不一樣的。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)動峰值電流,那么管子導通的速度就比較慢。如果驅(qū)動能力不足,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)動電阻阻值的選擇,所以Rg并不能無限減小。
2、電源IC驅(qū)動能力不足時
如果選擇MOS管寄生電容比較大,電源IC內(nèi)部的驅(qū)動能力又不足時,需要在驅(qū)動電路上增強驅(qū)動能力,常使用圖騰柱電路增加電源IC驅(qū)動能力,其電路如圖 2虛線框所示。
圖2圖騰柱驅(qū)動MOS
這種驅(qū)動電路作用在于,提升電流提供能力,迅速完成對于柵極輸入電容電荷的充電過程。這種拓撲增加了導通所需要的時間,但是減少了關(guān)斷時間,開關(guān)管能快速開通且避免上升沿的高頻振蕩。
3、驅(qū)動電路加速MOS管關(guān)斷時間
圖3加速MOS關(guān)斷
關(guān)斷瞬間驅(qū)動電路能提供一個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)動電阻上并聯(lián)一個電阻和一個二極管,如圖3所示,其中D1常用的是快恢復二極管。這使關(guān)斷時間減小,同時減小關(guān)斷時的損耗。Rg2是防止關(guān)斷的時電流過大,把電源IC給燒掉。
圖4改進型加速MOS關(guān)斷
在第二點介紹的圖騰柱電路也有加快關(guān)斷作用。當電源IC的驅(qū)動能力足夠時,對圖 2中電路改進可以加速MOS管關(guān)斷時間,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PNP三極管導通時,柵源極間電容短接,達到最短時間內(nèi)把電荷放完,最大限度減小關(guān)斷時的交叉損耗。與圖3拓撲相比較,還有一個好處,就是柵源極間電容上的電荷泄放時電流不經(jīng)過電源IC,提高了可靠性。
4、驅(qū)動電路加速MOS管關(guān)斷時間
圖5隔離驅(qū)動
為了滿足如圖 5所示高端MOS管的驅(qū)動,經(jīng)常會采用變壓器驅(qū)動,有時為了滿足安全隔離也使用變壓器驅(qū)動。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,同時也能防止磁芯飽和。
除了以上驅(qū)動電路之外,還有很多其它形式的驅(qū)動電路。對于各種各樣的驅(qū)動電路并沒有一種驅(qū)動電路是最好的,只有結(jié)合具體應用,選擇最合適的驅(qū)動。在設計電源時,有上述幾個角度出發(fā)考慮如何設計MOS管的驅(qū)動電路,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計廠家完成。
致遠電子自主研發(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等多個系列,封裝形式多樣,兼容國際標準的SIP、DIP等封裝。同時致遠電子為保證電源產(chǎn)品性能建設了行業(yè)內(nèi)一流的測試實驗室,配備最先進、齊全的測試設備,全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試,靜電抗擾度高達4KV、浪涌抗擾度高達2KV,可應用于絕大部分復雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場,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)動電路之外,還有很多其它形式的驅(qū)動電路。對于各種各樣的驅(qū)動電路并沒有一種驅(qū)動電路是最好的,只有結(jié)合具體應用,選擇最合適的驅(qū)動。