常见功率mos驱动电(dian)路原理图文等分析-mos驱动电(dian)路几(ji)点(dian)要(yao)求-KIA MOS管
信息来源：本站 日期(qi)：2018-12-28
功率MOS场(chang)(chang)效(xiao)应晶体管，即MOSFET，其(qi)原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金(jin)属氧化(hua)(hua)物半导(dao)体），FET（Field Effect Transistor场(chang)(chang)效(xiao)应晶体管），即以(yi)金(jin)属层（M）的栅极隔着氧化(hua)(hua)层（O）利用(yong)电场(chang)(chang)的效(xiao)应来(lai)控(kong)制半导(dao)体（S）的场(chang)(chang)效(xiao)应晶体管。
功(gong)率(lv)mos的工作原理为：截(jie)止：漏(lou)源(yuan)极(ji)间加正电(dian)源(yuan)，栅源(yuan)极(ji)间电(dian)压为零。P基区与(yu)N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏(lou)源(yuan)极(ji)之间无(wu)电(dian)流(liu)流(liu)过(guo)。
导电(dian)：在栅源(yuan)极间加正电(dian)压UGS，栅极是绝(jue)缘的，所以不会(hui)有栅极电(dian)流流过。但栅极的正电(dian)压会(hui)将(jiang)其下面P区中的空穴推开，而将(jiang)P区中的少子—电(dian)子吸引(yin)到栅极下面的P区表面。当UGS大于UT（开(kai)启电(dian)压(ya)或阈值(zhi)电(dian)压(ya)）时，栅极下P区表面(mian)的电(dian)子(zi)浓(nong)度将超过空穴浓(nong)度，使P型半(ban)导体反型成(cheng)N型而成(cheng)为反型层(ceng)，该(gai)反型层(ceng)形成(cheng)N沟道而使PN结J1消失，漏极和源(yuan)极导电(dian)。
图2(a)为常(chang)用(yong)的(de)小功率驱动(dong)电(dian)路，简单可靠(kao)成(cheng)本低(di)。适用(yong)于不(bu)要求隔(ge)离的(de)小功率开关(guan)设(she)备。图2(b)所示(shi)驱动(dong)电(dian)路开关(guan)速(su)度很(hen)快，驱动(dong)能力强，为防(fang)止(zhi)两个(ge)MOSFET管直通，通常(chang)串接一个(ge)0.5～1Ω小电(dian)阻(zu)用(yong)于限流，该电(dian)路适用(yong)于不(bu)要求隔(ge)离的(de)中功率开关(guan)设(she)备。这两种电(dian)路特点是结构简单。
图2 常用的不隔离(li)的互补(bu)驱动电(dian)路(lu)
功(gong)率mos属于电压(ya)(ya)(ya)型控制器件，只要(yao)栅(zha)极和源极之间(jian)施(shi)加的(de)(de)(de)电压(ya)(ya)(ya)超(chao)过(guo)其(qi)阀值电压(ya)(ya)(ya)就会导通。由于MOSFET存在结(jie)电容，关(guan)断时(shi)其(qi)漏源两端电压(ya)(ya)(ya)的(de)(de)(de)突然上升将会通过(guo)结(jie)电容在栅(zha)源两端产(chan)生干(gan)扰(rao)(rao)电压(ya)(ya)(ya)。常用的(de)(de)(de)互(hu)补驱动(dong)电路(lu)的(de)(de)(de)关(guan)断回路(lu)阻抗(kang)小(xiao)，关(guan)断速度较快，但它不能提供负压(ya)(ya)(ya)，故抗(kang)干(gan)扰(rao)(rao)性较差。为了提高电路(lu)的(de)(de)(de)抗(kang)干(gan)扰(rao)(rao)性，可在此种驱动(dong)电路(lu)的(de)(de)(de)基(ji)础上增加一级有V1、V2、R组成(cheng)的(de)(de)(de)电路(lu)，产(chan)生一个负压(ya)(ya)(ya)，电路(lu)原理图如图3所(suo)示。
图3 提供负压的互补电路(lu)
当V1导(dao)通(tong)时(shi)，V2关(guan)(guan)断(duan)，两(liang)个MOSFET中的(de)上管(guan)(guan)的(de)栅(zha)、源极(ji)放(fang)(fang)电(dian)，下(xia)(xia)管(guan)(guan)的(de)栅(zha)、源极(ji)充(chong)电(dian)，即上管(guan)(guan)关(guan)(guan)断(duan)，下(xia)(xia)管(guan)(guan)导(dao)通(tong)，则(ze)被驱动的(de)功率管(guan)(guan)关(guan)(guan)断(duan);反之V1关(guan)(guan)断(duan)时(shi)，V2导(dao)通(tong)，上管(guan)(guan)导(dao)通(tong)，下(xia)(xia)管(guan)(guan)关(guan)(guan)断(duan)，使(shi)驱动的(de)管(guan)(guan)子(zi)导(dao)通(tong)。因为上下(xia)(xia)两(liang)个管(guan)(guan)子(zi)的(de)栅(zha)、源极(ji)通(tong)过不同的(de)回路(lu)充(chong)放(fang)(fang)电(dian)，包含有(you)V2的(de)回路(lu)，由于V2会不断(duan)退(tui)出饱(bao)和直至关(guan)(guan)断(duan)，所(suo)(suo)以(yi)对于S1而言导(dao)通(tong)比关(guan)(guan)断(duan)要(yao)(yao)慢，对于S2而言导(dao)通(tong)比关(guan)(guan)断(duan)要(yao)(yao)快，所(suo)(suo)以(yi)两(liang)管(guan)(guan)发热(re)程度也(ye)不完全一样，S1比S2发热(re)严重(zhong)。
该驱(qu)动电(dian)路的(de)缺点是需要双电(dian)源，且由于R的(de)取(qu)值不能(neng)过大，否则会使V1深(shen)度饱和，影响关断速(su)度，所(suo)以R上会有(you)一定(ding)的(de)损耗。
(1)正激式驱(qu)动电路。电路原理如图(a)所示，N3为(wei)去(qu)磁(ci)绕组，S2为(wei)所驱(qu)动的功率管(guan)(guan)。R2为(wei)防止功率管(guan)(guan)栅极、源(yuan)极端(duan)电压振荡(dang)的一个阻(zu)尼电阻(zu)。因不(bu)要求漏感较(jiao)小，且从速度(du)方面考(kao)虑，一般R2较(jiao)小，故在分析(xi)中忽(hu)略不(bu)计(ji)。
图4正激(ji)驱动电(dian)路
其等效电路(lu)图(tu)如图(tu)4(b)所(suo)(suo)示脉冲(chong)不(bu)要求的(de)(de)(de)副边并(bing)联一电阻R1，它做为(wei)正激变换器的(de)(de)(de)假负载，用(yong)于(yu)消除关断(duan)(duan)期(qi)间输出电压发生振荡而误导通。同时它还可以作为(wei)功率MOSFET关断(duan)(duan)时的(de)(de)(de)能(neng)量泄放回路(lu)。该(gai)驱动电路(lu)的(de)(de)(de)导通速(su)(su)度主要与被(bei)驱动的(de)(de)(de)S2栅(zha)极、源极等效输入电容的(de)(de)(de)大小(xiao)(xiao)、S1的(de)(de)(de)驱动信号的(de)(de)(de)速(su)(su)度以及(ji)S1所(suo)(suo)能(neng)提(ti)供的(de)(de)(de)电流大小(xiao)(xiao)有关。由仿真及(ji)分析可知，占空比(bi)D越(yue)(yue)(yue)小(xiao)(xiao)、R1越(yue)(yue)(yue)大、L越(yue)(yue)(yue)大，磁化电流越(yue)(yue)(yue)小(xiao)(xiao)，U1值越(yue)(yue)(yue)小(xiao)(xiao)，关断(duan)(duan)速(su)(su)度越(yue)(yue)(yue)慢。
该电路具有以下优点：①电路结构简单(dan)可靠(kao)，实现(xian)了隔离(li)驱动(dong)。 ②只需(xu)单(dan)电源即可提供导通时的(de)正(zheng)、关(guan)断时负压。 ③占空(kong)比固定时，通过(guo)合理的(de)参数设(she)计，此驱动(dong)电路也具有较(jiao)快的(de)开关(guan)速(su)度。
该电路存在的缺点(dian)：一是(shi)(shi)由(you)(you)于(yu)隔(ge)离变压器副边需要噎嗝假负(fu)载防振荡，故电路损耗较(jiao)大;二是(shi)(shi)当占空比变化时(shi)关断速度变化较(jiao)大。脉宽较(jiao)窄时(shi)，由(you)(you)于(yu)是(shi)(shi)储存的能量减少导致MOSFET栅(zha)极(ji)的关断速度变慢(man)。
(2)有隔离(li)变压器的互(hu)补驱动电(dian)路。如图5所示，V1、V2为互(hu)补工作(zuo)，电(dian)容C起隔离(li)直流的作(zuo)用(yong)，T1为高频、高磁率(lv)的磁环或磁罐(guan)。
图5 有隔(ge)离(li)变压器的互补驱动电路
导(dao)通时隔(ge)离变压(ya)器上的(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)为(wei)(1-D)Ui、关断(duan)时为(wei)D Ui，若(ruo)主功率管S可靠导(dao)通电(dian)(dian)(dian)压(ya)为(wei)12V，而隔(ge)离变压(ya)器原副边(bian)匝比N1/N2为(wei)12/[(1-D)Ui]。为(wei)保证导(dao)通期(qi)间GS电(dian)(dian)(dian)压(ya)稳定C值可稍取大些(xie)。该(gai)电(dian)(dian)(dian)路具有以下优(you)点：
①电路(lu)结构简(jian)单可靠，具有电气(qi)隔离作用。当脉(mai)宽(kuan)变(bian)化时(shi)，驱动的关(guan)断能力不会随着变(bian)化。
②该(gai)电(dian)(dian)路只需一个电(dian)(dian)源，即为(wei)单电(dian)(dian)源工作(zuo)。隔直电(dian)(dian)容(rong)C的作(zuo)用(yong)可以(yi)在关断所(suo)驱动的管子(zi)时提供一个负(fu)压，从而(er)加速了功率管的关断，且有较高(gao)的抗干扰(rao)能力。
但(dan)该电(dian)(dian)路(lu)存(cun)在的(de)一个较(jiao)大(da)缺(que)点是(shi)输(shu)出电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)的(de)幅(fu)值会(hui)随着占空比的(de)变(bian)化而变(bian)化。当(dang)D较(jiao)小时(shi)，负(fu)(fu)向电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)小，该电(dian)(dian)路(lu)的(de)抗干扰(rao)性变(bian)差，且(qie)正(zheng)向电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)较(jiao)高，应(ying)该注意使(shi)其幅(fu)值不(bu)超过MOSFET栅极的(de)允许电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)。当(dang)D大(da)于0.5时(shi)驱动电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)正(zheng)向电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)小于其负(fu)(fu)向电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，此(ci)时(shi)应(ying)该注意使(shi)其负(fu)(fu)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)值不(bu)超过MOAFET栅极允许电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)。所以该电(dian)(dian)路(lu)比较(jiao)适用于占空比固定或占空比变(bian)化范围不(bu)大(da)以及占空比小于0.5的(de)场合(he)。
(3)集成(cheng)芯片(pian)UC3724/3725构(gou)成(cheng)的驱动电路
功(gong)(gong)率mos电路(lu)构成如图6所示。其中UC3724用来产生高(gao)(gao)(gao)频(pin)载波信号，载波频(pin)率由电容CT和电阻(zu)RT决定。一(yi)般载波频(pin)率小(xiao)于(yu)600kHz，4脚和6脚两端产生高(gao)(gao)(gao)频(pin)调制(zhi)波，经高(gao)(gao)(gao)频(pin)小(xiao)磁环变压(ya)器隔离后(hou)送(song)到(dao)UC3725芯(xin)片(pian)7、8两脚经UC3725进行调制(zhi)后(hou)得到(dao)驱(qu)动信号，UC3725内部(bu)有一(yi)肖特(te)基整流(liu)(liu)桥同(tong)时将7、8脚的高(gao)(gao)(gao)频(pin)调制(zhi)波整流(liu)(liu)成一(yi)直流(liu)(liu)电压(ya)供驱(qu)动所需(xu)功(gong)(gong)率。
一般(ban)来(lai)说载波频率越高驱动延时(shi)越小(xiao)，但太(tai)高抗干扰变差;隔(ge)离变压(ya)器(qi)磁化电(dian)感越大磁化电(dian)流越小(xiao)，UC3724发热越少，但太(tai)大使(shi)匝数增(zeng)多导(dao)致(zhi)寄生(sheng)参数影响变大，同样会使(shi)抗干扰能力降低。根据(ju)(ju)实验数据(ju)(ju)得出：对于开关频率小(xiao)于100kHz的信号一般(ban)取(qu)(400～500)kHz载波频率较(jiao)好，变压(ya)器(qi)选用较(jiao)高磁导(dao)如5K、7K等高频环(huan)形磁芯，其原边磁化电(dian)感小(xiao)于约1毫亨左右为好。
这种驱动电路(lu)仅适(shi)合(he)于信(xin)(xin)号(hao)频(pin)(pin)率(lv)(lv)小(xiao)(xiao)于100kHz的(de)场(chang)合(he)，因信(xin)(xin)号(hao)频(pin)(pin)率(lv)(lv)相(xiang)对(dui)载波频(pin)(pin)率(lv)(lv)太(tai)高的(de)话，相(xiang)对(dui)延时太(tai)多(duo)，且所需驱动功率(lv)(lv)增大，UC3724和UC3725芯片发热温(wen)升较(jiao)高，故100kHz以上开关频(pin)(pin)率(lv)(lv)仅对(dui)较(jiao)小(xiao)(xiao)极电容的(de)MOSFET才可以。对(dui)于1kVA左(zuo)右开关频(pin)(pin)率(lv)(lv)小(xiao)(xiao)于100kHz的(de)场(chang)合(he)，它(ta)是一种良好的(de)驱动电路(lu)。该(gai)电路(lu)具有以下特点：单(dan)电源(yuan)工作，控制信(xin)(xin)号(hao)与驱动实现隔离，结构简单(dan)尺(chi)寸(cun)较(jiao)小(xiao)(xiao)，尤其适(shi)用于占(zhan)空比变化不确(que)定或(huo)信(xin)(xin)号(hao)频(pin)(pin)率(lv)(lv)也(ye)变化的(de)场(chang)合(he)。
图6 集成芯片UC3724/3725构成的驱(qu)动电路
MOSFET因导通内(nei)阻低(di)、开(kai)关速度快(kuai)等优点被(bei)广泛应用于(yu)开(kai)关电源中。MOSFET的(de)驱动(dong)常根据(ju)电源IC和MOSFET的(de)参数(shu)选择合适的(de)电路(lu)。
在使(shi)用MOSFET设计开关电(dian)(dian)(dian)源时，大部(bu)分人都会考虑(lv)MOSFET的(de)导通电(dian)(dian)(dian)阻、最(zui)大电(dian)(dian)(dian)压、最(zui)大电(dian)(dian)(dian)流。但很(hen)多时候也(ye)仅(jin)仅(jin)考虑(lv)了这些因素，这样的(de)电(dian)(dian)(dian)路也(ye)许可以正常工作，但并不是一个好的(de)设计方(fang)案。更细(xi)致(zhi)的(de)，MOSFET还应考虑(lv)本身寄生的(de)参数。对一个确定的(de)MOSFET，其驱动电(dian)(dian)(dian)路，驱动脚输出(chu)的(de)峰(feng)值(zhi)电(dian)(dian)(dian)流，上升速率等，都会影响MOSFET的(de)开关性能(neng)。
当电源IC与MOS管选(xuan)(xuan)定之(zhi)后， 选(xuan)(xuan)择(ze)合适的驱(qu)动电路来连(lian)接(jie)电源IC与MOS管就显得尤其重要(yao)了(le)。
MOSFET驱动(dong)电路有以下几点要求：
（1）开关管(guan)开通(tong)瞬时，驱动电路应能提供足够大的充(chong)电电流使MOSFET栅源极间电压(ya)迅速上(shang)升(sheng)到所需(xu)值，保(bao)证开关管(guan)能快速开通(tong)且(qie)不存(cun)在上(shang)升(sheng)沿的高频振(zhen)荡。
（2）开关(guan)导(dao)通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持(chi)稳定(ding)且可靠导(dao)通。
（3）关断瞬间(jian)驱动电(dian)路能提(ti)供(gong)一个(ge)尽(jin)可能低阻抗的通路供(gong)MOSFET栅(zha)源(yuan)极(ji)间(jian)电(dian)容电(dian)压的快速泄放，保证开关管能快速关断。
（4）驱动(dong)电路结构简单(dan)可(ke)靠、损耗小。
（5）根据情况施加隔离。
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