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MOSFET柵極應(yīng)用電路分析匯總(驅(qū)動(dòng)、加速、保護(hù)、自舉等等)

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MOSFET柵極應(yīng)用電路匯總

MOSFET是一種常見的電壓型控制器件,具有開關(guān)速度快、高頻性能、輸入阻抗高、噪聲小、驅(qū)動(dòng)功率小、動(dòng)態(tài)范圍大、安全工作區(qū)域(SOA)寬等一系列的優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛的應(yīng)用于開關(guān)電源、電機(jī)控制、電動(dòng)工具等各行各業(yè)。柵極做為MOSFET本身較薄弱的環(huán)節(jié),如果電路設(shè)計(jì)不當(dāng),容易造成器件甚至系統(tǒng)的失效,因此發(fā)這篇文章將柵極常見的電路整理出來供大家參考討論,也歡迎大家提出自己的觀點(diǎn)。

MOSFET柵極電路常見的作用有以下幾點(diǎn)。

1:去除電路耦合進(jìn)去的噪音,提高系統(tǒng)的可靠性。

2:加速M(fèi)OSFET的導(dǎo)通,降低導(dǎo)通損耗。

3:加速M(fèi)OSFET的關(guān)斷,降低關(guān)斷損耗。

4:降低MOSFET DI/DT,保護(hù)MOSFET同時(shí)抑制EMI干擾。

5:保護(hù)柵極,防止異常高壓條件下柵極擊穿。

6:增加驅(qū)動(dòng)能力,在較小的信號(hào)下,可以驅(qū)動(dòng)MOSFET。

上面是我能想到的柵極電路的作用。歡迎大家將自己想到的也補(bǔ)充進(jìn)來,下來我會(huì)將相應(yīng)的電路也貼上來,供大家討論。

首先說一下電源IC直接驅(qū)動(dòng),下圖是我們最常用的直接驅(qū)動(dòng)方式,在這類方式中,我們由于驅(qū)動(dòng)電路未做過多處理,因此我們進(jìn)行PCB  LAYOUT時(shí)要盡量進(jìn)行優(yōu)化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長(zhǎng)度,增加走線寬度,盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進(jìn)的位置,從而達(dá)到減少寄生電感,消除噪音的目的.


1直接驅(qū)動(dòng)

首先說一下電源IC直接驅(qū)動(dòng),下圖是我們最常用的直接驅(qū)動(dòng)方式,在這類方式中,我們由于驅(qū)動(dòng)電路未做過多處理,因此我們進(jìn)行PCB  LAYOUT時(shí)要盡量進(jìn)行優(yōu)化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長(zhǎng)度,增加走線寬度,盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進(jìn)的位置,從而達(dá)到減少寄生電感,消除噪音的目的。

當(dāng)然另一個(gè)問題我們得考慮,那就是PWM  CONTROLLER的驅(qū)動(dòng)能力,當(dāng)MOSFET較大時(shí),IC驅(qū)動(dòng)能力較小時(shí),會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)過慢,開關(guān)損耗過大甚至不能驅(qū)動(dòng)的問題,這點(diǎn)我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要注意。



2IC內(nèi)部驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)

當(dāng)然,對(duì)于IC內(nèi)部驅(qū)動(dòng)能力不足的問題我們也可以采用下面的方法來解決。

這種增加驅(qū)動(dòng)能力的方式不僅增加了導(dǎo)通時(shí)間,還可以加速關(guān)斷時(shí)間,同時(shí)對(duì)控制毛刺及功率損耗由一定的效果。當(dāng)然這個(gè)我們?cè)贚AYOUT時(shí)要盡量將這兩個(gè)管子放的離MOSFET柵極較近的位置。這樣做的好處還有減少了寄生電感,提高了電路的抗干擾性。


3增加MOSFET的關(guān)斷速度

如果我們單單要增加MOSFET的關(guān)斷速度,那么我們可以采用下面的方式來進(jìn)行。

關(guān)斷電流比較大時(shí),能使MOSFET輸入電容放電速度更快,從而降低關(guān)斷損耗。大的放電電流可以通過選擇低輸出阻抗的MOSFET或N溝道的負(fù)的截止的電壓器件來實(shí)現(xiàn),最常用的就是加加速二極管。

柵極關(guān)斷時(shí),電流在電阻上產(chǎn)生的壓降大于二極管導(dǎo)通壓降時(shí),這時(shí)二極管會(huì)導(dǎo)通,從而將電阻進(jìn)行旁路,導(dǎo)通后,隨著電流的減小,二極管在電路中的作用越來越小,該電路作用會(huì)顯著的減小MOSFET關(guān)斷的延遲時(shí)間。

當(dāng)然這個(gè)電路有一定的缺點(diǎn),那就是柵極的電流仍然需要留過IC內(nèi)部的輸出驅(qū)動(dòng)阻抗,這有什么辦法解決呢?


4PNP加速關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路

再來談以下PNP加速關(guān)斷電路

PNP加速關(guān)斷電路是目前應(yīng)用最多的電路,在加速三級(jí)管的作用下可以實(shí)現(xiàn)瞬間的柵源短路,從而達(dá)到最短的放電時(shí)間,之所以加二極管一方面是保護(hù)三級(jí)管基極,另一方面是為導(dǎo)通電流提供回路及偏置,該電路的優(yōu)點(diǎn)為可以近似達(dá)到推拉的效果加速效果明顯,缺點(diǎn)為柵極由于經(jīng)過兩個(gè)PN節(jié),不能是柵極真正的達(dá)到0伏。


5當(dāng)源極輸出為高電壓時(shí)的驅(qū)動(dòng)

當(dāng)源極輸出為高電壓的情況時(shí),我們需要采用偏置電路達(dá)到電路工作的目的,既我們以源極為參考點(diǎn),搭建偏置電路,驅(qū)動(dòng)電壓在兩個(gè)電壓之間波動(dòng),驅(qū)動(dòng)電壓偏差由低電壓提供,如下圖所示。

當(dāng)然,這個(gè)圖有點(diǎn)問題,不知道有沒有哪位大俠看出來?

其實(shí)問題就是“驅(qū)動(dòng)電源”需要懸浮,要以MOS的源極共“地(給大家加深印象)

這個(gè)是正確的圖紙。供各位參考


6滿足隔離要求的驅(qū)動(dòng)

為了滿足安全隔離的要求或者提供高端浮動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)經(jīng)常會(huì)采用變壓器驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)將驅(qū)動(dòng)控制和MOSFET進(jìn)行了隔離,可以應(yīng)用到低壓及高壓電路中去,如下圖所示

變壓器驅(qū)動(dòng)說白了就是隔離驅(qū)動(dòng),當(dāng)然現(xiàn)在也有專門的驅(qū)動(dòng)IC可以解決,但變壓器驅(qū)動(dòng)有自己的特點(diǎn)使得很多人一直在堅(jiān)持用。

圖中耦合電容的作用是為磁化的磁芯提供復(fù)位電壓,如果沒有這個(gè)電容,會(huì)出現(xiàn)磁飽和。

與電容串聯(lián)的電阻的作用是為了防止占空比突然變化形成LC的震蕩,因此加這個(gè)電阻進(jìn)行緩解。



7自舉逆變圖

下面上一個(gè)實(shí)際的自舉逆變圖,供參考。

最后給大家推薦一個(gè)很不錯(cuò)的柵電阻選擇計(jì)算的資料

關(guān)于MOSFET驅(qū)動(dòng)電阻的選擇.pdf

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