電源設計經驗之MOS管驅動電路篇

2021-01-18 電子產品世界

　　MOSFET因導通內阻低、開關速度快等優點被廣泛應用於開關電源中。MOSFET的驅動常根據電源IC和MOSFET的參數選擇合適的電路。下面一起探討MOSFET用於開關電源的驅動電路。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201803/377606.htm

　　在使用MOSFET設計開關電源時，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，但並不是一個好的設計方案。更細緻的，MOSFET還應考慮本身寄生的參數。對一個確定的MOSFET，其驅動電路，驅動腳輸出的峰值電流，上升速率等，都會影響MOSFET的開關性能。

　　當電源IC與MOS管選定之後，選擇合適的驅動電路來連接電源IC與MOS管就顯得尤其重要了。

　　一個好的MOSFET驅動電路有以下幾點要求：

　　(1) 開關管開通瞬時，驅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，保證開關管能快速開通且不存在上升沿的高頻振蕩。

　　(2) 開關導通期間驅動電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩定且可靠導通。

　　(3) 關斷瞬間驅動電路能提供一個儘可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速洩放，保證開關管能快速關斷。

　　(4) 驅動電路結構簡單可靠、損耗小。

　　(5) 根據情況施加隔離。

　　下面介紹幾個模塊電源中常用的MOSFET驅動電路。

　　1、電源IC直接驅動MOSFET

　　圖1 IC直接驅動MOSFET

　　電源IC直接驅動是我們最常用的驅動方式，同時也是最簡單的驅動方式，使用這種驅動方式，應該注意幾個參數以及這些參數的影響。第一，查看一下電源IC手冊，其最大驅動峰值電流，因為不同晶片，驅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沒有比較大的驅動峰值電流，那麼管子導通的速度就比較慢。如果驅動能力不足，上升沿可能出現高頻振蕩，即使把圖 1中Rg減小，也不能解決問題!IC驅動能力、MOS寄生電容大小、MOS管開關速度等因素，都影響驅動電阻阻值的選擇，所以Rg並不能無限減小。

　　2、電源IC驅動能力不足時

　　如果選擇MOS管寄生電容比較大，電源IC內部的驅動能力又不足時，需要在驅動電路上增強驅動能力，常使用圖騰柱電路增加電源IC驅動能力，其電路如圖 2虛線框所示。

　　圖2圖騰柱驅動MOS

　　這種驅動電路作用在於，提升電流提供能力，迅速完成對於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，但是減少了關斷時間，開關管能快速開通且避免上升沿的高頻振蕩。

　　3、驅動電路加速MOS管關斷時間

　　圖3加速MOS關斷

　　關斷瞬間驅動電路能提供一個儘可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓快速洩放，保證開關管能快速關斷。為使柵源極間電容電壓的快速洩放，常在驅動電阻上並聯一個電阻和一個二極體，如圖3所示，其中D1常用的是快恢復二極體。這使關斷時間減小，同時減小關斷時的損耗。Rg2是防止關斷的時電流過大，把電源IC給燒掉。

　　圖4改進型加速MOS關斷

　　在第二點介紹的圖騰柱電路也有加快關斷作用。當電源IC的驅動能力足夠時，對圖 2中電路改進可以加速MOS管關斷時間，得到如圖 4所示電路。用三極體來洩放柵源極間電容電壓是比較常見的。如果Q1的發射極沒有電阻，當PNP三極體導通時，柵源極間電容短接，達到最短時間內把電荷放完，最大限度減小關斷時的交叉損耗。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洩放時電流不經過電源IC，提高了可靠性。

　　4、驅動電路加速MOS管關斷時間

　　圖5隔離驅動

　　為了滿足如圖 5所示高端MOS管的驅動，經常會採用變壓器驅動，有時為了滿足安全隔離也使用變壓器驅動。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。

　　除了以上驅動電路之外，還有很多其它形式的驅動電路。對於各種各樣的驅動電路並沒有一種驅動電路是最好的，只有結合具體應用，選擇最合適的驅動。在設計電源時，有上述幾個角度出發考慮如何設計MOS管的驅動電路，如果選用成品電源，不管是模塊電源、普通開關電源、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、生產的隔離電源模塊已有近20年的行業積累，目前產品具有寬輸入電壓範圍，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品性能建設了行業內一流的測試實驗室，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、浪湧抗擾度高達2KV，可應用於絕大部分複雜惡劣的工業現場，為用戶提供穩定、可靠的電源隔離解決方案。

　　除了以上驅動電路之外，還有很多其它形式的驅動電路。對於各種各樣的驅動電路並沒有一種驅動電路是最好的，只有結合具體應用，選擇最合適的驅動。


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