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MOSFET又叫場(chǎng)效應管,輸入電阻極大,兆歐級的,容易驅動(dòng),因導通內阻低、開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應用于開(kāi)關(guān)電源中。在使用MOSFET設計開(kāi)關(guān)電源時(shí),大部分人都會(huì )考慮導通電阻、最大電壓、最大電流,常根據電源IC和MOSFET的參數來(lái)選擇合適的電路。但很多時(shí)候僅僅考慮了這些因素并不是一個(gè)好的設計方案,還應考慮本身寄生的參數。Mos管驅動(dòng)電路,驅動(dòng)腳輸出的峰值電流,上升速率等都會(huì )影響MOSFET的開(kāi)關(guān)性能。下面介紹電源模塊常用的四種MOSFET驅動(dòng)電路。
電源IC直接驅動(dòng)MOSFET:
電源IC直接驅動(dòng)是我們最常用的驅動(dòng)方式,同時(shí)也是最簡(jiǎn)單的驅動(dòng)方式,使用這種驅動(dòng)方式的電源模塊,應該注意幾個(gè)參數以及這些參數的影響。
1、查看一下電源IC手冊,其最大驅動(dòng)峰值電流,因為不同芯片,驅動(dòng)能力很多時(shí)候是不一樣的。
2、了解一下MOSFET的寄生電容,如上圖中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(méi)有比較大的驅動(dòng)峰值電流,那么管子導通的速度就比較慢。如果驅動(dòng)能力不足,上升沿可能出現高頻振蕩,即使把上圖中Rg減小也不能解決問(wèn)題。IC驅動(dòng)能力、MOS寄生電容大小、MOS管開(kāi)關(guān)速度等因素,都影響驅動(dòng)電阻阻值的選擇,所以Rg并不能無(wú)限減小。
電源IC驅動(dòng)能力不足時(shí):
如果選擇MOS管寄生電容比較大,電源IC內部的驅動(dòng)能力又不足時(shí),需要在驅動(dòng)電路上增強驅動(dòng)能力,常用圖騰柱電路增加電源IC驅動(dòng)能力,如下圖所示:
這種驅動(dòng)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(guò)程。這種拓撲增加了導通所需要的時(shí)間,但是減少了關(guān)斷時(shí)間,開(kāi)關(guān)管能快速開(kāi)通且避免上升沿的高頻振蕩。
驅動(dòng)電路加速MOS管關(guān)斷時(shí)間:
關(guān)斷瞬間驅動(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(kāi)關(guān)管能快速關(guān)斷。為使柵源極間電容電壓的快速泄放,常在驅動(dòng)電阻上并聯(lián)一個(gè)電阻和一個(gè)二極管。
如上圖所示:其中D1常用的是快恢復二極管,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(guò)大,把電源IC給燒掉。
在介紹第二種的圖騰柱電路也有加快關(guān)斷作用,當電源IC的驅動(dòng)能力足夠時(shí),對電路改進(jìn)可以加速MOS管關(guān)斷時(shí)間。
如上圖所示:用三極管來(lái)泄放柵源極間電容電壓是比較常見(jiàn)的。如果Q1的發(fā)射極沒(méi)有電阻,當PNP三極管導通時(shí),柵源極間電容短接,達到最短時(shí)間內把電荷放完,最大限度減小關(guān)斷時(shí)的交叉損耗。與上面拓撲相比較,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(guò)電源IC,提高了電源模塊可靠性。
隔離驅動(dòng):
為了滿(mǎn)足上圖所示高端MOS管的驅動(dòng),經(jīng)常會(huì )采用變壓器驅動(dòng),有時(shí)為了滿(mǎn)足安全隔離也使用變壓器驅動(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(kāi)直流,通過(guò)交流,同時(shí)也能防止磁芯飽和。
一個(gè)好的MOSFET驅動(dòng)電路主要有以下五種要求:
1、開(kāi)關(guān)管開(kāi)通瞬時(shí),驅動(dòng)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(kāi)關(guān)管能快速開(kāi)通且不存在上升沿的高頻振蕩。
2、開(kāi)關(guān)導通期間驅動(dòng)電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩定且可靠導通。
3、關(guān)斷瞬間驅動(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(kāi)關(guān)管能快速關(guān)斷。
4、驅動(dòng)電路結構簡(jiǎn)單可靠、損耗小。
5、根據情況施加隔離。
電源模塊中的MOSFET驅動(dòng)電路還有很多其它形式的驅動(dòng)電路,對于各種各樣的驅動(dòng)電路并沒(méi)有一種驅動(dòng)電路是最好的,只有結合具體應用,選擇最合適的驅動(dòng)。如果選用成品模塊電源,這部分的工作直接由模塊電源廠(chǎng)家研發(fā)、設計完成。