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[经验] 开关电源MOSFET驱动电路

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发表于 2017-1-5 20:08:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
在使用MOSFET设计开关电源时,大部分人都会考虑MOSFET的导通电阻、最大电压、最大电流。但很多时候也仅仅考虑了这些因素,这样的电路也许可以正常工作,但并不是一个好的设计方案。更细致的,MOSFET还应考虑本身寄生的参数。对一个确定的MOSFET,其驱动电路,驱动脚输出的峰值电流,上升速率等,都会影响MOSFET的开关性能。
当电源IC与MOS管选定之后, 选择合适的驱动电路来连接电源IC与MOS管就显得尤其重要了。
一个好的MOSFET驱动电路有以下几点要求:
(1)开关管开通瞬时,驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值,保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡。
(2)开关导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定且可靠导通。
(3)关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放,保证开关管能快速关断。
(4)驱动电路结构简单可靠、损耗小。
(5)根据情况施加隔离。
下面介绍几个模块电源中常用的MOSFET驱动电路。
1:电源IC直接驱动MOSFET
360截图20170105200750833.jpg
图 1 IC直接驱动MOSFET
电源IC直接驱动是我们最常用的驱动方式,同时也是最简单的驱动方式,使用这种驱动方式,应该注意几个参数以及这些参数的影响。第一,查看一下电源IC手册,其最大驱动峰值电流,因为不同芯片,驱动能力很多时候是不一样的。第二,了解一下MOSFET的寄生电容,如图 1中C1、C2的值。如果C1、C2的值比较大,MOS管导通的需要的能量就比较大,如果电源IC没有比较大的驱动峰值电流,那么管子导通的速度就比较慢。如果驱动能力不足,上升沿可能出现高频振荡,即使把图 1中Rg减小,也不能解决问题! IC驱动能力、MOS寄生电容大小、MOS管开关速度等因素,都影响驱动电阻阻值的选择,所以Rg并不能无限减小。




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 楼主| 发表于 2017-1-5 20:13:09 | 显示全部楼层
4:驱动电路加速MOS管关断时间
360截图20170105201322113.jpg
图 5 隔离驱动
为了满足如图 5所示高端MOS管的驱动,经常会采用变压器驱动,有时为了满足安全隔离也使用变压器驱动。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的电感与C1形成LC振荡,C1的目的是隔开直流,通过交流,同时也能防止磁芯饱和。



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 楼主| 发表于 2017-1-5 20:09:28 | 显示全部楼层
2:电源IC驱动能力不足时
如果选择MOS管寄生电容比较大,电源IC内部的驱动能力又不足时,需要在驱动电路上增强驱动能力,常使用图腾柱电路增加电源IC驱动能力,其电路如图 2虚线框所示。
360截图20170105200927313.jpg
图 2 图腾柱驱动MOS
这种驱动电路作用在于,提升电流提供能力,迅速完成对于栅极输入电容电荷的充电过程。这种拓扑增加了导通所需要的时间,但是减少了关断时间,开关管能快速开通且避免上升沿的高频振荡。


点评

请问你的三极管npn和pnp都是什么型号的啊  详情 回复 发表于 2017-2-20 10:59
我按照这个电路打了一个为什么测出电压只是增大了一点呢?  详情 回复 发表于 2017-2-17 09:40


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 楼主| 发表于 2017-1-5 20:11:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 qwqwqw2088 于 2017-1-5 20:12 编辑

3:驱动电路加速MOS管关断时间
360截图20170105201032287.jpg

图 3 加速MOS关断
关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压快速泄放,保证开关管能快速关断。为使栅源极间电容电压的快速泄放,常在驱动电阻上并联一个电阻和一个二极管,如图 3所示,其中D1常用的是快恢复二极管。这使关断时间减小,同时减小关断时的损耗。Rg2是防止关断的时电流过大,把电源IC给烧掉。
360截图20170105201110333.jpg
图 4 改进型加速MOS关断
在第二点介绍的图腾柱电路也有加快关断作用。当电源IC的驱动能力足够时,对图 2中电路改进可以加速MOS管关断时间,得到如图 4所示电路。用三极管来泄放栅源极间电容电压是比较常见的。如果Q1的发射极没有电阻,当PNP三极管导通时,栅源极间电容短接,达到最短时间内把电荷放完,最大限度减小关断时的交叉损耗。与图 3拓扑相比较,还有一个好处,就是栅源极间电容上的电荷泄放时电流不经过电源IC,提高了可靠性。





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 楼主| 发表于 2017-1-5 20:13:47 | 显示全部楼层
5:当源极输出为高电压时的驱动
当源极输出为高电压的情况时,我们需要采用偏置电路达到电路工作的目的,既我们以源极为参考点,搭建偏置电路,驱动电压在两个电压之间波动,驱动电压偏差由低电压提供,如下图6所示。
360截图20170105201357663.jpg
图6 源极输出为高电压时的驱动电路
除了以上驱动电路之外,还有很多其它形式的驱动电路。对于各种各样的驱动电路并没有一种驱动电路是最好的,只有结合具体应用,选择最合适的驱动。



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发表于 2017-1-6 07:05:18 | 显示全部楼层
好东西,收藏了


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发表于 2017-2-17 09:40:41 | 显示全部楼层
qwqwqw2088 发表于 2017-1-5 20:09
2:电源IC驱动能力不足时
如果选择MOS管寄生电容比较大,电源IC内部的驱动能力又不足时,需要在驱动电路上 ...

我按照这个电路打了一个为什么测出电压只是增大了一点呢?


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发表于 2017-2-17 17:01:38 | 显示全部楼层
资料很好


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发表于 2017-2-20 10:59:08 | 显示全部楼层
qwqwqw2088 发表于 2017-1-5 20:09
2:电源IC驱动能力不足时
如果选择MOS管寄生电容比较大,电源IC内部的驱动能力又不足时,需要在驱动电路上 ...

请问你的三极管npn和pnp都是什么型号的啊


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发表于 2017-7-28 00:04:13 | 显示全部楼层
在TI的网站上见过这篇文章,内容不错,楼主写的/?


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发表于 2017-8-7 13:05:46 | 显示全部楼层
学习了


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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-12-3 08:54:44 | 显示全部楼层
好资料啊


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