深圳市可易亚半导体科技有限公司

國家高新企業

cn en

新聞中心

常见功率mos驅動電路原理图文等分析-mos驱动电路几点要求-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-12-28 

分享到:

功率mos驅動電路
功率MOS概述與工作原理

功率MOS场效应晶体管,即MOSFET,其原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体),FET(Field Effect Transistor场效应晶体管),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。


功率mos驅動電路,mos驱动


功率mos的工作原理爲:截止:漏源極間加正電源,柵源極間電壓爲零。P基區與N漂移區之間形成的PN結J1反偏,漏源極之間無電流流過。


導電:在柵源極間加正電壓UGS,柵極是絕緣的,所以不會有柵極電流流過。但柵極的正電壓會將其下面P區中的空穴推開,而將P區中的少子—電子吸引到柵極下面的P區表面。當UGS大于UT(開啓電壓或阈值電壓)時,柵極下P區表面的電子濃度將超過空穴濃度,使P型半導體反型成N型而成爲反型層,該反型層形成N溝道而使PN結J1消失,漏極和源極導電。


常见功率mos驅動電路分析

一. 不隔离的互补功率mos驅動電路


圖2(a)爲常用的小功率驅動電路,簡單可靠成本低。適用于不要求隔離的小功率開關設備。圖2(b)所示驅動電路開關速度很快,驅動能力強,爲防止兩個MOSFET管直通,通常串接一個0.5~1Ω小電阻用于限流,該電路適用于不要求隔離的中功率開關設備。這兩種電路特點是結構簡單。

功率mos驅動電路,mos驱动

图2 常用的不隔离的互补驱动电路


功率mos屬于電壓型控制器件,只要柵極和源極之間施加的電壓超過其閥值電壓就會導通。由于MOSFET存在結電容,關斷時其漏源兩端電壓的突然上升將會通過結電容在柵源兩端産生幹擾電壓。常用的互補驅動電路的關斷回路阻抗小,關斷速度較快,但它不能提供負壓,故抗幹擾性較差。爲了提高電路的抗幹擾性,可在此種驅動電路的基礎上增加一級有V1、V2、R組成的電路,産生一個負壓,電路原理圖如圖3所示。


功率mos驅動電路,mos驱动

图3 提供负压的互补电路


當V1導通時,V2關斷,兩個MOSFET中的上管的柵、源極放電,下管的柵、源極充電,即上管關斷,下管導通,則被驅動的功率管關斷;反之V1關斷時,V2導通,上管導通,下管關斷,使驅動的管子導通。因爲上下兩個管子的柵、源極通過不同的回路充放電,包含有V2的回路,由于V2會不斷退出飽和直至關斷,所以對于S1而言導通比關斷要慢,對于S2而言導通比關斷要快,所以兩管發熱程度也不完全一樣,S1比S2發熱嚴重。


該驅動電路的缺點是需要雙電源,且由于R的取值不能過大,否則會使V1深度飽和,影響關斷速度,所以R上會有一定的損耗。


二. 隔离的功率mos驅動電路

(1)正激式驅動電路。電路原理如圖(a)所示,N3爲去磁繞組,S2爲所驅動的功率管。R2爲防止功率管柵極、源極端電壓振蕩的一個阻尼電阻。因不要求漏感較小,且從速度方面考慮,一般R2較小,故在分析中忽略不計。


功率mos驅動電路,mos驱动

圖4正激驅動電路


其等效電路圖如圖4(b)所示脈沖不要求的副邊並聯一電阻R1,它做爲正激變換器的假負載,用于消除關斷期間輸出電壓發生振蕩而誤導通。同時它還可以作爲功率MOSFET關斷時的能量泄放回路。該驅動電路的導通速度主要與被驅動的S2柵極、源極等效輸入電容的大小、S1的驅動信號的速度以及S1所能提供的電流大小有關。由仿真及分析可知,占空比D越小、R1越大、L越大,磁化電流越小,U1值越小,關斷速度越慢。


该电路具有以下优点:①电路结构简单可靠,实现了隔离驱动。 ②只需单电源即可提供导通时的正、关断时负压。 ③占空比固定时,通过合理的参数设计,此驱动电路也具有较快的开关速度。


該電路存在的缺點:一是由于隔離變壓器副邊需要噎嗝假負載防振蕩,故電路損耗較大;二是當占空比變化時關斷速度變化較大。脈寬較窄時,由于是儲存的能量減少導致MOSFET柵極的關斷速度變慢。


(2)有隔離變壓器的互補驅動電路。如圖5所示,V1、V2爲互補工作,電容C起隔離直流的作用,T1爲高頻、高磁率的磁環或磁罐。


功率mos驅動電路,mos驱动

图5 有隔离变压器的互补驱动电路


导通时隔离变压器上的电压为(1-D)Ui、关断时为D Ui,若主功率管S可靠导通电压为12V,而隔离变压器原副边匝比N1/N2为12/[(1-D)Ui]。为保证导通期间GS电压稳定C值可稍取大些。该电路具有以下优点:


①電路結構簡單可靠,具有電氣隔離作用。當脈寬變化時,驅動的關斷能力不會隨著變化。


②該電路只需一個電源,即爲單電源工作。隔直電容C的作用可以在關斷所驅動的管子時提供一個負壓,從而加速了功率管的關斷,且有較高的抗幹擾能力。


但該電路存在的一個較大缺點是輸出電壓的幅值會隨著占空比的變化而變化。當D較小時,負向電壓小,該電路的抗幹擾性變差,且正向電壓較高,應該注意使其幅值不超過MOSFET柵極的允許電壓。當D大于0.5時驅動電壓正向電壓小于其負向電壓,此時應該注意使其負電壓值不超過MOAFET柵極允許電壓。所以該電路比較適用于占空比固定或占空比變化範圍不大以及占空比小于0.5的場合。


(3)集成芯片UC3724/3725構成的驅動電路

功率mos電路構成如圖6所示。其中UC3724用來産生高頻載波信號,載波頻率由電容CT和電阻RT決定。一般載波頻率小于600kHz,4腳和6腳兩端産生高頻調制波,經高頻小磁環變壓器隔離後送到UC3725芯片7、8兩腳經UC3725進行調制後得到驅動信號,UC3725內部有一肖特基整流橋同時將7、8腳的高頻調制波整流成一直流電壓供驅動所需功率。


一般來說載波頻率越高驅動延時越小,但太高抗幹擾變差;隔離變壓器磁化電感越大磁化電流越小,UC3724發熱越少,但太大使匝數增多導致寄生參數影響變大,同樣會使抗幹擾能力降低。根據實驗數據得出:對于開關頻率小于100kHz的信號一般取(400~500)kHz載波頻率較好,變壓器選用較高磁導如5K、7K等高頻環形磁芯,其原邊磁化電感小于約1毫亨左右爲好。


這種驅動電路僅適合于信號頻率小于100kHz的場合,因信號頻率相對載波頻率太高的話,相對延時太多,且所需驅動功率增大,UC3724和UC3725芯片發熱溫升較高,故100kHz以上開關頻率僅對較小極電容的MOSFET才可以。對于1kVA左右開關頻率小于100kHz的場合,它是一種良好的驅動電路。該電路具有以下特點:單電源工作,控制信號與驅動實現隔離,結構簡單尺寸較小,尤其適用于占空比變化不確定或信號頻率也變化的場合。


功率mos驅動電路,mos驱动

图6 集成芯片UC3724/3725构成的驱动电路


mos驅動電路有哪些要求

MOSFET因導通內阻低、開關速度快等優點被廣泛應用于開關電源中。MOSFET的驅動常根據電源IC和MOSFET的參數選擇合適的電路。


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。更細致的,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。


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。


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。

聯系方式:鄒先生

聯系電話:0755-83888366-8022

手機:18123972950

QQ:2880195519

聯系地址:深圳市福田區車公廟天安數碼城天吉大廈CD座5C1


請搜微信公衆號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關注”官方微信公衆號

请“关注”官方微信公众号:提供 MOS管 技术帮助