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[讨论] 分立高速MOS驱动电路

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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-3-21 10:51:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 shipeng 于 2017-3-21 10:51 编辑

感觉电子工程世界的高手还是比较多的,再发一个之前发表过的电路跟大家一起讨论,原贴:http://home.elecfans.com/infocenter.php?mod=space&uid=841169&do=blog&id=362626
最近业余时间本人一直在设计一款严格控制成本的带主动PFC功能的电磁涡流加热器(电磁炉),当设计到MOS驱动电路时遇到了瓶颈,为了实现IGBT快速开关需要驱动电路具有输出高电平:+19V,低电平:-5V的能力。由于常规的专用驱动IC都不满足输出峰峰值大于20V的能力,因此本人决定另辟蹊径量身定做设计一款分立驱动电路,现将此电路分享,与大家一起讨论,电路如下:


以下是仿真波形:

从仿真结果来看,效果非常理想。由于大量使用无源器件——电容,尽量减少传输级数——只有两级三极管放大,因此该电路的最大优点就是波形的传输延迟非常小,这一点可以从波形上窥见一斑。由于传统电路在高低电平传输过程中都不可避免的依赖电阻的拉动作来完成高或低电平的转换由于三极管的节电容的存在这种电路的传输速率将受到严重制约,为了解决这些问题本电路利用PNP和NPN输出电平的相反性,将NPN和PNP并联使用使传输过程中的高低电平都有电流的快速突变能力,同时创造性的加入了C12电容解决了NPN和PNP输出不能直接并联的问题。另外根据输入信号的峰峰值可以灵活调节R2上方的供电电压以适应不同的电压环境。

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maychang

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发表于 2017-3-21 12:57:12 | 显示全部楼层
“同时创造性的加入了C12电容解决了NPN和PNP输出不能直接并联的问题”
找了半天,我也没有找到C12在哪里。

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C12是点睛之笔,总共也没几个电容自己慢慢找吧  详情 回复 发表于 2017-3-21 13:38

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maychang

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发表于 2017-3-21 12:59:28 | 显示全部楼层
“由于传统电路在高低电平传输过程中都不可避免的依赖电阻的拉动作来完成高或低电平的转换由于三极管的节电容的存在这种电路的传输速率将受到严重制约”

此电路Q3和Q4的关断仍然是靠电阻R13和R12的拉动。

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由于C12的存在,在电平切换的边缘C12会发挥推挽的作用不需要R12,R13的拉动  详情 回复 发表于 2017-3-21 13:45

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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-21 13:38:34 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2017-3-21 12:57
“同时创造性的加入了C12电容解决了NPN和PNP输出不能直接并联的问题”
找了半天,我也没有找到C12在哪里。

C12是点睛之笔,总共也没几个电容自己慢慢找吧

点评

“总共也没几个电容自己慢慢找吧” 找到了。原来画到左边去了,我还在Q1Q5和Q4Q3之间找这个电容C12。  详情 回复 发表于 2017-3-21 14:41

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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-21 13:45:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 shipeng 于 2017-3-21 13:49 编辑
maychang 发表于 2017-3-21 12:59
“由于传统电路在高低电平传输过程中都不可避免的依赖电阻的拉动作来完成高或低电平的转换由于三极管的节电 ...

由于C12的存在,在电平切换的边沿C12会发挥推挽的作用不需要R12,R13的拉动

点评

不错,是这样。 由于C12作为耦合电容,Q3Q4的关断就不是靠电阻拉动,而是靠对角线上管子的导通。此时Q3Q4关断,基极有反向驱动。  详情 回复 发表于 2017-3-21 14:45

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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-21 13:55:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 shipeng 于 2017-3-21 13:59 编辑

另外C12的取值是100nF,这一点不太合理,因为C12只是在电平切换的瞬间动作的,如果太大,如果输入方波的频率很高边沿结束后脉宽很窄C12不能及时反向充电从而失去它的作用

点评

仔细分析了一下,好像又不妙,C12的电压实际上是不会翻转的,始终是上正下负的2.5V,在工作过程中可以理解为一个直流电源,因此容量确实应该大一点100nF还是很合理的  详情 回复 发表于 2017-3-21 15:36

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maychang

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发表于 2017-3-21 14:41:54 | 显示全部楼层
shipeng 发表于 2017-3-21 13:38
C12是点睛之笔,总共也没几个电容自己慢慢找吧

“总共也没几个电容自己慢慢找吧”
找到了。原来画到左边去了,我还在Q1Q5和Q4Q3之间找这个电容C12。

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maychang

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发表于 2017-3-21 14:45:17 | 显示全部楼层
shipeng 发表于 2017-3-21 13:45
由于C12的存在,在电平切换的边沿C12会发挥推挽的作用不需要R12,R13的拉动

不错,是这样。
由于C12作为耦合电容,Q3Q4的关断就不是靠电阻拉动,而是靠对角线上管子的导通。此时Q3Q4关断,基极有反向驱动。

点评

其实C12两端的电压在推挽作用的瞬间只有2.5V的电压本来是不足以让Q4截止的,但是由于C6的存在在上一状态时C6已经充到了足够的电压与C12的电压加在一起就可以使Q4发射结反向偏执了从而快速截止  详情 回复 发表于 2017-3-21 15:29

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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-21 15:29:55 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2017-3-21 14:45
不错,是这样。
由于C12作为耦合电容,Q3Q4的关断就不是靠电阻拉动,而是靠对角线上管子的导通。此时Q3Q ...

其实C12两端的电压在推挽作用的瞬间只有2.5V的电压本来是不足以让Q4截止的,但是由于C6的存在在上一状态时C6已经充到了足够的电压与C12的电压加在一起就可以使Q4发射结反向偏执了从而快速截止

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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-21 15:36:14 | 显示全部楼层
shipeng 发表于 2017-3-21 13:55
另外C12的取值是100nF,这一点不太合理,因为C12只是在电平切换的瞬间动作的,如果太大,如果输入方波的频 ...

仔细分析了一下,好像又不妙,C12的电压实际上是不会翻转的,始终是上正下负的2.5V,在工作过程中可以理解为一个直流电源,因此容量确实应该大一点100nF还是很合理的

点评

“C12的电压实际上是不会翻转的,始终是上正下负的2.5V,在工作过程中可以理解为一个直流电源” 不对吧?C12两端电压当然不会翻转,但却绝对不是2.5V这么小。 你的Vcc图中看是24V。  详情 回复 发表于 2017-3-21 15:55

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maychang

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发表于 2017-3-21 15:55:39 | 显示全部楼层
shipeng 发表于 2017-3-21 15:36
仔细分析了一下,好像又不妙,C12的电压实际上是不会翻转的,始终是上正下负的2.5V,在工作过程中可以理 ...

“C12的电压实际上是不会翻转的,始终是上正下负的2.5V,在工作过程中可以理解为一个直流电源”
不对吧?C12两端电压当然不会翻转,但却绝对不是2.5V这么小。
你的Vcc图中看是24V。

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我这个结论是假设电路始终处于开关状态,如果输入负脉宽足够宽是会把C12的电压充到VCC-2.5V的  详情 回复 发表于 2017-3-21 16:04

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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-21 16:04:18 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2017-3-21 15:55
“C12的电压实际上是不会翻转的,始终是上正下负的2.5V,在工作过程中可以理解为一个直流电源”
不对吧 ...

我这个结论是假设电路始终处于开关状态,如果输入负脉宽足够宽是会把C12的电压充到VCC-2.5V的

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“如果输入负脉宽足够宽” 输入为负脉冲(按照图中是为零),Q5发射极为2.5V,故Q5饱和,Q3导通,Q5集电极为2.5V(忽略Q5饱和压降),C12下端2.5V。此时Q1关断,Vcc经R12和R10,输入脉冲低电平够宽的话,最终将使C12上  详情 回复 发表于 2017-3-21 17:39

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maychang

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发表于 2017-3-21 17:39:31 | 显示全部楼层
shipeng 发表于 2017-3-21 16:04
我这个结论是假设电路始终处于开关状态,如果输入负脉宽足够宽是会把C12的电压充到VCC-2.5V的

“如果输入负脉宽足够宽”
输入为负脉冲(按照图中是为零),Q5发射极为2.5V,故Q5饱和,Q3导通,Q5集电极为2.5V(忽略Q5饱和压降),C12下端2.5V。此时Q1关断,Vcc经R12和R10,输入脉冲低电平够宽的话,最终将使C12上端充电到Vcc。

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一粒金砂(高级)

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发表于 2017-3-23 09:17:52 | 显示全部楼层
话说。。。这样常规做法不是使用GDT来驱动的么。。。。。

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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-25 19:54:33 | 显示全部楼层
有没有人要拿去用的,用后请回来告诉我们使用效果及改善建议,本人倍感欣慰

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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-25 20:14:30 | 显示全部楼层
本帖最后由 shipeng 于 2017-3-26 13:26 编辑

几天过去了,这个贴似乎已经到了强弩之末,唯有寡人在苟延残喘:其实这个电路有个地方有待完善,输入的5V(按照本电路当前参数)信号最好能加一个施密特整形,否则输入的高低电平没有缓冲区间,对输入信号抖动完全没有免疫

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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-25 20:17:45 | 显示全部楼层
本帖最后由 shipeng 于 2017-3-26 13:22 编辑

不过话说增加了施密特功能之后也会带来一个副作用:从输入到输出,信号的传输延迟会一定程度的增大

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一粒金砂(初级)

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发表于 2017-3-27 15:04:27 | 显示全部楼层
如果大神对传感器有兴趣,欢迎来 9月11-13日的上海国际传感器技术与应用展览会

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一粒金砂(初级)

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发表于 2017-4-9 09:19:01 | 显示全部楼层
为什么需要+19V驱动   Vgs= +19V是不是太高了

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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-4-9 09:37:53 | 显示全部楼层
器件成本6毛, 加工费3毛, 共9毛. PCB面积半毛, 共9毛半, 跟8毛钱的驱动能力2A的IC相比, 似乎没优势.
过去我曾经用分立器件折腾过驱动能力达10A的IGBT驱动, 用来驱动1200V, 300A的IGBT, 驱动板差不多有香烟盒子大, 后来用上高速光耦加图腾柱, 板子只有火柴盒大, 成本差不多.
电源砖家, 专业拍砖...

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